Forskare vid National University of Singapore har skapat en ny plattform med potential att extrahera små cirkulerande biomarkörer för sjukdom från patientblod. Detta enkla, snabb och bekväm teknik kan hjälpa till att förverkliga flytande biopsidiagnostik - en mindre invasiv procedur än den nuvarande guldstandarden:tumörbiopsier. Detaljer om den nya tekniken, som använder standard laboratorieutrustning, rapporteras denna vecka i Biomikrofluidik .

Extracellulära vesiklar är cellbudbärare som kan hittas i blod. I cancer, kardiovaskulära och blodsjukdomar, vesiklar transporterar specifika sjukdomsrelaterade molekyler (biomarkörer) som kan användas för att diagnostisera dessa sjukdomar. Dock, det är svårt att isolera vesiklar från blod, eftersom de är små partiklar, bara 30-1, 000 nanometer i storlek.

Nuvarande metoder för extraktion är kliniskt tråkiga, tidskrävande och dyrt, med låg genomströmning och dålig extraktrenhet. I denna forskning, forskare använde en mikrofluidisk centrifugalteknik, där en roterande rotor genererar tryck, tvingar patientens blodprov att flöda genom mikroskopiska kanaler i ett speciellt utformat mikrofluidchip. Centrifugalkraften som driver denna extraktion liknar G-kraften som upplevs när man åker en berg-och dalbana, bara mycket starkare.

Ett blodprov läggs först till chipets inlopp, och sedan placeras chipet i den centrifugala nanopartikelseparations- och extraktionsplattformen (μCENSE). μCENSE laddas sedan i en standardlaboratoriebänkcentrifug och centrifugeras. Det tar mindre än åtta minuter för blodet och vesiklarna att separera, och extrakt kan avlägsnas från chiputloppet. Detta är hundra gånger snabbare än den höghastighets ultracentrifugalmetod som har använts tidigare. μCENSE-plattformen designades för att öka det yttre kraftfältet inom en mindre radie, minimerar centrifugalkraften och tidskraven.

"När vi snurrar på mikrofluidchipet, provet i inloppet börjar migrera eller röra sig in i denna krökta kanal, " sa Chwee Teck Lim, lagets studieledare. "Väl där, centrifugalkrafterna börjar separera de mindre vesiklarna från de större partiklarna, eftersom krafterna som verkar på de olika stora vesiklerna är olika. Så, när de rör sig från inlopp till utlopp, de börjar separera i olika zoner. De mindre partiklarna förblir nära kanalens innervägg och de större partiklarna rör sig mot kanalens yttre vägg, och detta separerar dem i två utlopp." Denna process liknar hur en separator snurrar för att ta bort grädde från toppen av mjölk.

När de väl isolerats kan vesiklarnas molekylära innehåll testas för vissa biomarkörer för sjukdom. Denna process innefattar att undersöka nukleinsyra- och proteininnehållet. För denna studie, gruppen visade framgångsrikt att μCENSE kunde separera och berika vesiklar från flytande medium exponerade för celler odlade i ett laboratorium, genom att visa att proteinbiomarkören för vesikler, CD63, var närvarande.

μCENSE-plattformen är mycket mångsidig för manipulationer i flera mikroskala, eftersom mikrofluidchipet kan designas om för nanopartikeln som behöver extraheras.

För närvarande, Lims grupp utvecklar prototypchipdesignen för att öka dess genomströmning, och effektivisera för kliniska tester. "Vi tittar redan på att försöka genomföra en prövning på kliniska patientprover, " sa Lim. Till slut, han hoppas kunna använda denna teknik för att identifiera vilka biomarkörer som kommer att vara användbara för att upptäcka cancer.