Микрофлуидно устройство улавя натрупвания на ракови клетки

Американски физици разработиха микрофлуидно устройство , което целенасочено отделя от кръвта натрупвания на ракови клетки с ефективност до 70%. По думите на учените , новото устройство ще позволи да се разбере механизма на образуването на метастази и ще помогне за разработването на лекарство, предотвратяващо този процес. Статията е публикувана в AIP Advance.

Разпространението на раковите клетки и метастазирането се явява основната причина за смъртността при заболяване от рак. Около 90% от случаите на смърт при онкологичните заболявания се свързва с тях, тоест разпространението на нови туморни образования върху други органи. В основата на процеса е отделянето на ракови клетки от основното огнище на болестта и по-нататъшното им предвижване по кръвоносната и лимфатична система в целия организъм . От време на време те се задържат в други части на тялото и там започва образуването на вторични тумори. Ако лекарите можеха да улавят и да унищожават такива „съсиреци”, то това щеше да забавя процеса на метастазиране и сигурно щяха да могат да бъдат спасени много животи. За съжаление свойствата на тези съсиреци са не добре изучени и това затруднява разработката на филтриращи устройства.
Преди изследването, тези съсиреци от ракови клетки трябва да се изолират и да се отделят от кръвта. Проблемът е в това, че на практика това е много сложно. Повечето методи за извличане на ракови клетки изисква предварителна обработка на образеца, при която се разрушават значителна част от необходимите клетки. Освен това, всички тези методи могат да работят с малки обеми ( от порядъка на един-два милилитра) и със слаби потоци от течност ( по-малко от 20 милилитра за минута).Затова за събирането на голям брой ракови клетки е нужно много време. Това не само усложнява изследването на раковите клетки, но и влияе на свойствата на тези, които по-дълго престояват. Да се създаде при тези условия устройство, филтриращо кръвта, е безсмислено.

Затова екип от учени под ръководството на Питър Териете ( Peter Teriete) е разработил микрофлуиден прибор, който почти на порядък увеличава скоростта на отделяне на съсиреците на ракови клетки от кръвта. В основата на този прибор лежи „елхичка”, сглобена от 32 правоъгълни канала с широчина 0,2 милиметра с крачка от 0,1 милиметър. Такива параметри позволяват да се отделят от кръвта частици с определен размер. Ако се пусне в такъв прибор кръв със съсиреци от ракови клетки, процепите ще прихванат тези съсиреци и ще ги накарат да почнат дрейф към краищата на канала. След това събралите се там клетки могат да бъдат извлечени.

При разработването на микрофлуидното устройство , отделящо струпването на ракови клетки, учените преминали през четири различни етапа. На първия, те числено моделирали работата на устройството с различна форма на „елхичката” и с различна широчина на канавките, за да изберат оптимални параметри на прибора. На втория етап, с помощта на фотолитография, физиците са напечатали формата на бъдещето устройство , а след това го покрили с тънък полимерен слой. (полидиметилсилоксан). На третия етап, изследователите оптимизирали химическия състав и функционалните свойства за покритието на канавките, за да не обрастват след преминаването на голямо количество кръв. Това позволило да се намали предварителното обработване на образците. Накрая, учените проверили работата на изработения прибор с клетки от рак на простатата, рак на гърдата и множествен миелом. Концентрацията на клетки се намирала в диапазона от 50 хиляди до милион на милилитър.

Отначало изследователите проверили дали изработеният прибор отделя само нужните ракови клетки. За тази цел те разтворили 50 хиляди клетки от множествен миелом и милион клетки от рак на простатата в милилитър буферен разтвор от трис(гидроксиметил)аминометан (HOCH2)3CNH2 ( на англ. Tris или ТHAM ), a след това прекарали половината от разтвора през прибора със скорост 0,2 милилитра за минута. След като учените изчакали половин час, те промили прибора с чист буферен разтвор със същата скорост и измерили количеството прихванати ракови клетки. Средно учените преброили около 3,5 хиляди клетки от множествен миелом ( през прибора са преминали около 25 хиляди) и около 500 клетки от рак на простата (от всичко 500 000 хиляди ). По този начин , въпреки ниската ефективна скорост на прихващане на клетките от множествена миелома , приборът се оказал достатъчно избирателен ( 14% срещу 0,1%). Освен това, голяма част от клетките от множествен миелом образували натрупвания. По тези причини учените смятат, че техните резултати са добри.
След това физиците проверили колко добре приборът прихваща съсиреци от ракови клетки. Този път те смесили в два милилитра буферен разтвор със 100 хиляди клетки от рак на гърдата и хиляда съсирека от рак на простата, след което прекарали 1/3 от разтвора със скорост 0,025 милилитра в минута. В резултат на опита, в канавките на прибора били прихванати 230 съсирека ( 71%) и 370 отделни клетки (1%). Учените подчертават, че теоретически скоростта на преминаване на разтвора със натрупвания от ракови клетки може да се увеличи няколко пъти. По тази причина приборът отлично може да се използва за извличане на струпвания на ракови клетки от кръв на пациент.