Med hjälp av ljudvågor, ett internationellt team av forskare har utvecklat en mild, kontaktfri metod för att separera cirkulerande tumörceller från blodprov som är tillräckligt snabb och effektiv för klinisk användning.

Cirkulerande tumörceller (CTC) är små bitar av en tumör som bryts av och flödar genom blodomloppet. De innehåller en mängd information om tumören, som dess typ, fysiska egenskaper och genetiska mutationer.

Möjligheten att snabbt och effektivt skörda och odla dessa celler från ett blodprov skulle möjliggöra "flytande biopsier" som kan ge en robust diagnos, prognos och förslag på behandlingsstrategier baserade på individuell CTC -profilering.

CTC är, dock, extremt sällsynt och svår att fånga. Det finns vanligtvis bara en handfull för några miljarder blodkroppar som rinner genom en patients vener. Och även om det finns många tekniker som är utformade för att separera tumörceller från normala blodkroppar, ingen av dem är perfekta. De tenderar att skada eller döda cellerna i processen, saknar effektivitet, bara arbeta med specifika typer av cancer, eller tar alldeles för lång tid att användas i många situationer.

I en ny studie, forskare från Duke University, MIT och Nanyang Technological University (Singapore) visar en plattform baserad på ljudvågor som kan separera CTC från en 7,5 ml injektionsflaska med minst 86 procents effektivitet på mindre än en timme. Med ytterligare förbättringar, forskarna hoppas att tekniken kommer att ligga till grund för ett nytt test genom ett billigt, engångs chip.

Resultaten visas den 3 juli i tidningen Små .

Varje år tar cancer livet av miljontals människor runt om i världen och forskare söker fortfarande efter bättre verktyg för cancerdiagnos, prognos och behandling, "sa Tony Jun Huang, William Bevan professor i maskinteknik och materialvetenskap vid Duke.

"Biopsi är guldstandardtekniken för cancerdiagnos, "Huang sa." Men det är smärtsamt och invasivt och administreras ofta inte förrän sent i cancerutvecklingen. Med vår cirkulerande tumörcellseparationsteknik, vi kan eventuellt hjälpa till att ta reda på det, på ett icke-invasivt sätt, om patienten har cancer, var cancern finns, i vilket skede det är, och vilka droger som skulle fungera bäst. Allt från ett litet blodprov från patienten. "

Tekniken fungerar genom att skapa en stående ljudvåg i vinkel mot en vätska som strömmar genom en liten kanal. Eftersom ljud inte är mer än en tryckvåg, detta skapar tryckfickor som trycker på partiklar som hänger i vätskan när de passerar. Denna akustiska kraft verkar starkare på de större, hårdare cancerceller än på normala blodkroppar, trycka in CTC:erna i en separat kanal för insamling.

Ljudvågornas effektintensitet och frekvens liknar dem som används vid ultraljudsavbildning, som används säkert i många medicinska procedurer. Risken för skador på CTC:er reduceras ytterligare eftersom varje cell upplever den akustiska vågen bara en bråkdel av en sekund och inte kräver märkning eller ytmodifiering. Dessa funktioner ger tekniken bästa möjliga chans att behålla funktionerna och de ursprungliga tillstånden för CTC:erna.

Tillvägagångssättet demonstrerades första gången för tre år sedan i en proof-of-concept studie och har sedan förbättrats till den punkt där det kan vara användbart i en klinisk miljö. Resultatet är en prototypanordning som bearbetar vätska med en hastighet av 7,5 ml/timme, sju gånger snabbare än originalet, utan att offra någon av dess 86 procent effektivitet eller många fördelar jämfört med andra metoder.

"Den största tillgången med denna akustiska separationsmetod är att den är mycket skonsam mot de cirkulerande tumörcellerna, "sade Andrew Armstrong, docent i medicin, kirurgi, och farmakologi och cancerbiologi vid Duke University School of Medicine. "Cancercellerna förblir livskraftiga efter att ha passerat chipet och kan karakteriseras, odlade eller profilerade, vilket gör att vi kan göra genotypning eller fenotypning för att bättre förstå hur man dödar dem. "

"Tanken är att utveckla personliga medicinska tillvägagångssätt för enskilda patienter baserat på deras cancerbiologi, liknande det som läkare av infektionssjukdomar gör med bakteriekulturer och antibiotika, "Sa Armstrong.

I tidningen, Armstrong demonstrerade tekniken för att samla cirkulerande tumörceller från män med prostatacancer och profilerade dem framgångsrikt för en rad markörer och kortsiktiga tillväxtegenskaper. Forskarna visar att CTC från patienter varierar mycket när det gäller att uttrycka viktiga mål för terapi, såsom prostata-specifikt membranantigen (PSMA), som vanligtvis används för avbildning och för att rikta prostatacancer på kliniken.

Går vidare, Huang fortsätter att utveckla tekniken för att öka både dess hastighet och effektivitet, medan Armstrong arbetar med att fastställa teknikens genomförbarhet i ett antal odlings- och profileringsprojekt för att visa dess potential för klinisk påverkan. Paret kommer också att använda tekniken i en mängd olika forskningsprojekt, som att arbeta för att förstå vad som gör att CTC kan överleva i blodomloppet och metastasera, eller sprids över hela kroppen.

"Den enda FDA-godkända tekniken för CTC-upptäckt kan bara räkna och göra grundläggande karakteriseringar av CTC men kan inte växa CTC utanför kroppen, eftersom det i princip dödar cellerna i processen, "Armstrong sa." Att kunna komma till dessa celler medan de fortfarande lever ger oss åtminstone en chans att odla dem eller profilera dem utanför kroppen för att göra de typer av läkemedelskänslighet och genetiska tester som bättre kan informera terapin. "