Cancerceller kan bryta sig loss från en tumör och cirkulera genom blodet. Det finns få av cancercellerna jämfört med biljonerna blodceller. Nuvarande metoder för att hitta och extrahera dessa cirkulerande tumörceller (CTC) är dyra och kan vara utom räckhåll för medicinska anläggningar på landsbygden.

Wei Li, en biträdande professor vid Texas Tech Department of Chemical Engineering, utvecklar en ny teknik som kan göra det möjligt att plocka cirkulerande cancerceller ur några milliliter blod som tagits från en patient.

"Cancerceller kan bryta av från en tumörplats och resa genom blodet för att hitta en ny värd, skapa ännu en tumör, ", sade Li. "Att upptäcka dessa celler tidigt kan hjälpa läkare att utarbeta behandling mycket tidigare. Och tidig upptäckt av cancer är nyckeln till överlevnad."

Good Guys vs Bad Guys

Li, som kom till Texas Tech 2014, arbetar med ihåliga glasbubblor som är belagda med en speciell nanofilm som attraherar cancerceller, men inte blodkroppar. En blandning av cancerceller i blodet sätts i ett plaströr som innehåller bubblan och den skakas i några minuter. Cancerceller fästa på bubblorna kommer att flyta till ytan medan normala blodkroppar kommer att sjunka till botten.

"Målet är att bara fånga de onda, cancercellerna, " säger han. "Genom att använda en speciell polymerbeläggning på toppen av den ihåliga bubblan kan vi förhindra att de goda killarna fångas, de vanliga blodkropparna."

Lis teknik, i kombination med nya mikroskoplinser som kan fästas på en smart telefon kan ge läkare, särskilt på landsbygden och underfinansierade områden, ny, snabbare diagnosalternativ.

"Den här tekniken kan ge läkare en tidig hint om att cancer har spridit sig, ", sa han. "Eller så kan det vara möjligt att ha ett tidigt sätt att veta om en patients symtom kan vara cancer och behandlingen måste fastställas direkt."

För närvarande, magnetiska partiklar används för att jaga CTC och en magnet drar ut dem ur blodet. Den tekniken är dyr och vanligen finns i storstadssjukvården. En annan nackdel Li säger är att denna metod kan ge falskt positiva resultat eftersom de vanliga blodkropparna också fäster vid magnetpartiklarna. Hans användning av specifika polymerbeläggningar som bara fångar cancerceller minskar antalet falska positiva.

Nästa steg i Lis forskning är att samarbeta med forskare vid Texas Tech University Health Sciences Center Southwest Cancer Center för att tillämpa denna teknik på blod som tagits från nuvarande cancerpatienter.

Konservering av celler i blodprov

Li tror också att hans teknologi har andra tillämpningar utöver cancerupptäckt. Samma system skulle kunna bevara celler av intresse från patientblod som måste skickas till avlägsna medicinska anläggningar för testning.

"Stora städer har testanläggningar, " sa han. "Men landsbygden gör det oftast inte. Det är lätt att ta blod var som helst, men att få några tester gjorda är en annan sak. Vissa tester måste göras inom fyra timmar efter att man tagit blodet."

Celler i blodet bryts ned snabbt, vilket gör det svårt att hålla kvar i flera timmar. Om Lis mikrobubblingssystem kan bevara celler av intresse från blod under längre tidsperioder, blodet kan tas i avlägsna områden och cellproverna kan skickas till större testanläggningar, sparar tid och resekostnader för patienterna.

"Vi tror att vårt mikrobubblsystem kan bevara cellerna tillräckligt länge för att få dem till en anläggning, " sa han. "Vi vet inte än, men det är nästa fas av vår forskning."

Nano arkitektur

Li blev intresserad av cancerforskning medan han var postdoktor vid Massachusetts Institute of Technology (MIT). Han är utbildad till polymerkemist. En polymer är en stor syntetisk eller naturlig molekyl som består av många små repeterande molekyler som ligger till grund för sådant som plast.

"Jag arbetade i ett labb på MIT som letade efter att utveckla nya biomedicinska användningsområden, speciellt för cancerbehandling, " sa han. "Jag blev intresserad av att se om vi kunde använda material i nanoskala för läkemedelsleverans till cancer."

Li började titta på läkemedelsresistens hos cancerceller och om nanopartiklar kunde användas som läkemedelsbärare till celler som avvisar cancerläkemedel. Li har nyligen använt sitt forskningsfokus för att titta på att använda nanomaterial för att upptäcka cancer.

Medan Lis arbete är fast inom biomedicinens område, han är först och främst ingenjör. Han kallar sitt verk för nanoarkitektur.

"Bakom mitt arbete ligger förmågan att konstruera nanofilmer, " sade han. "Den viktigaste delen av detta arbete är nanofilmen som täcker de ihåliga glasmikrobubblorna. Jag bygger lager för lager, en film med multifunktionella ingredienser som kommer att fånga de onda och förkasta de goda."

Lis forskning beskrivs i en färsk onlineversion av tidskriften American Chemical Society Tillämpade material och gränssnitt