Een nieuw apparaat kan kanker detecteren in slechts een druppel bloed
Sommige soorten kanker, zoals eierstokkanker, blijven meestal onopgemerkt totdat ze te ver gevorderd zijn om effectief te kunnen worden behandeld. Nu kan een innovatief hulpmiddel kanker gemakkelijk, snel en in minuscule hoeveelheden bloed opsporen.
In een poging om een eenvoudige, effectieve manier te vinden om moeilijk te diagnosticeren kankers te identificeren, hebben onderzoekers van de University of Kansas (KU) in Lawrence en het KU Cancer Center en KU Medical Center in Kansas City nu een ultragevoelige kankerdetectie ontwikkeld. apparaat.
Het apparaat, dat een "3D-nanopatroon microfluïdische chip" wordt genoemd, kon met succes kankermarkeringen detecteren in de kleinste druppel bloed of in een bestanddeel van het bloed dat plasma wordt genoemd.
Hoofdauteur Yong Zeng, universitair hoofddocent scheikunde aan de KU, en zijn team beschrijven hoe de nieuwe tool werkt in een paper dat het tijdschrift Nature Biomedical Engineering heeft gepubliceerd.
Dit apparaat, zo leggen de wetenschappers uit, identificeert en diagnosticeert kanker door te “filteren” op exosomen, dit zijn kleine blaasjes die sommige eukaryote cellen produceren.
In het geval van kankercellen bevatten exosomen biologische informatie die tumorgroei en verspreiding kan sturen.
"Historisch gezien dachten mensen dat exosomen als‘ vuilniszakken ’waren die cellen konden gebruiken om ongewenste cellulaire inhoud te dumpen,” legt Zeng uit. "Maar in het afgelopen decennium," voegt hij eraan toe, "realiseerden wetenschappers zich dat ze behoorlijk nuttig waren voor het verzenden van berichten naar ontvangende cellen en het communiceren van moleculaire informatie die belangrijk is in veel biologische functies."
“In feite zenden tumoren exosomen uit die actieve moleculen verpakken die de biologische kenmerken van de oudercellen weerspiegelen. Hoewel alle cellen exosomen produceren, zijn tumorcellen echt actief in vergelijking met normale cellen ”, merkt Zeng op.
Een zeer gevoelige diagnostische tool
Het nieuwe apparaat is een 3D-nanoengineering-tool met een visgraatpatroon dat exosomen 'kamt' en ze duwt om voor analyse in contact te komen met het oppervlak van de chip van de tool. Dit proces wordt 'massaoverdracht' genoemd.
"Mensen hebben slimme ideeën ontwikkeld om massaoverdracht in microschaalkanalen te verbeteren, maar wanneer deeltjes dichter bij het sensoroppervlak komen, worden ze gescheiden door een kleine vloeistofspleet die een toenemende hydrodynamische weerstand creëert", merkt Zeng op.
"Hier hebben we een 3D-nanoporeuze visgraatstructuur ontwikkeld die de vloeistof in die opening kan afvoeren om de deeltjes in hard contact te brengen met het oppervlak waar sondes ze kunnen herkennen en vangen", legt hij verder uit.
Om dit ultramoderne apparaat te ontwikkelen, werkten Zeng en team samen met Andrew Godwin, een expert in tumorbiomarkers en de huidige adjunct-directeur van KU Cancer Center.
Om de effectiviteit van de chip te testen, gebruikten de onderzoekers klinische monsters van personen met eierstokkanker, een soort kanker die notoir moeilijk te detecteren is.
Daarbij ontdekte het team dat de chip de aanwezigheid van deze kanker zelfs in de kleinste hoeveelheid plasma kon detecteren.
"Onze gezamenlijke studies blijven vruchten afwerpen en bevorderen een gebied dat cruciaal is in kankeronderzoek en patiëntenzorg - namelijk innovatieve instrumenten voor vroege detectie", zegt Godwin, erop wijzend dat "dit studiegebied vooral belangrijk is voor kankers zoals eierstokkanker, aangezien de overgrote meerderheid van de vrouwen in een vergevorderd stadium wordt gediagnosticeerd, terwijl de ziekte helaas grotendeels ongeneeslijk is. "
Meerdere klinische toepassingen
De onderzoekers zijn ook enthousiast over het feit dat het nieuwe apparaat niet alleen gemakkelijk te maken is, maar ook goedkoop is om te produceren, wat betekent dat brede distributie mogelijk zou kunnen zijn zonder de kosten voor de patiënt te verhogen.
"Wat we hier hebben gemaakt, is een 3D-nanopatronenmethode zonder de noodzaak van dure nanofabricageapparatuur - een niet-gegradueerde of zelfs een middelbare scholier kan het in mijn laboratorium doen", merkt Zeng op.
"Dit is zo eenvoudig en goedkoop dat het een groot potentieel heeft om te vertalen naar klinische omgevingen", benadrukt hij, en legt uit dat het team "heeft samengewerkt met Dr. Godwin en andere onderzoekslaboratoria van het KU Cancer Center en de moleculaire biowetenschappen. afdeling om de translationele toepassingen van de technologie verder te verkennen. "
Nog belangrijker is dat Zeng en collega's beweren dat dit innovatieve apparaat in principe zeer aanpasbaar is. Ze geloven dat artsen het in de toekomst zouden kunnen gebruiken om veel verschillende vormen van kanker te diagnosticeren, evenals andere ziekten.
"Nu kijken we naar celcultuurmodellen, diermodellen en ook klinische patiëntmonsters, dus we doen echt wat translationeel onderzoek om het apparaat van de laboratoriumomgeving naar meer klinische toepassingen te verplaatsen", zegt de hoofdonderzoeker.
“Bijna alle zoogdiercellen geven exosomen af, dus de toepassing is niet alleen beperkt tot eierstokkanker of een bepaald type kanker. We werken samen met mensen om te kijken naar neurodegeneratieve ziekten, borstkanker en colorectale kankers, bijvoorbeeld. "
Yong Zeng
