Forskare från Purdue University har reproducerat delar av det kvinnliga bröstet i en liten modell i objektglasstorlek som kallas "bröst på ett chip" som kommer att användas för att testa nanopartikelbaserade metoder för upptäckt och behandling av bröstcancer. Modellen efterliknar det förgrenade bröstkanalsystemet, där de flesta bröstcancer börjar, och kommer att fungera som ett "konstruerat organ" för att studera användningen av nanopartiklar för att upptäcka och rikta in sig på tumörceller i kanalerna.
Sophie Lelièvre och James Leary ledde teamet av utredare som skapade bröst-på-ett-chip-modellen. Detaljerna om deras arbete visas i journalen Integrativ biologi .
"Vi har vetat att det bästa sättet att upptäcka denna cancer tidigt och behandla den effektivt skulle vara att gå in i bröstgångarna för att utvärdera och behandla cellerna direkt, och detta är det första steget i den riktningen, " sa Dr. Lelièvre. Det slutliga målet med detta projekt är att introducera magnetiska nanopartiklar genom öppningar i bröstvårtan, använda ett magnetfält för att leda dem genom kanalerna där de skulle fästa till cancerceller, och vänd sedan magnetfältet för att dra tillbaka eventuella överskott av nanopartiklar. Nanopartiklarna kan bära kontrastmedel för att förbättra mammografi, fluorescerande markörer för att vägleda kirurger, eller anticancermedel för att behandla cancern, sa doktor Leary.
Läkare har försökt komma åt bröstkanalerna genom bröstvårtan tidigare, injicera flytande lösningar för att försöka tvätta ur celler som kunde undersökas och användas för en cancerdiagnos. Dock, detta tillvägagångssätt kunde bara nå den första tredjedelen av bröstet på grund av vätsketrycket från kanalerna, som förgrenar sig och blir mindre och mindre när de närmar sig körtlarna som producerar mjölk, sa doktor Leary. "Tanken är att nanopartiklar med en magnetisk kärna kan sväva genom den naturligt förekommande vätskan i kanalerna och dras av en magnet i motsats till att tryckas ned, " sa han. "Vi tror att de kan nå hela vägen till baksidan av kanalerna, där man tror att de flesta bröstcancer har sitt ursprung. Självklart, vi är bara i de tidigaste stadierna och många tester måste göras."
Sådana tester kunde inte göras med standardmodeller som odlar celler över en plan yta i en plastskål, så laget skapade den artificiella organliknande modellen där levande celler kantar en tredimensionell kopia av de minsta delarna av bröstgångarna. Dr. Learys grupp använde standardlitografiska tekniker för att bygga en form av förgrenade kanaler av ett gummiliknande material som kallas polydimetylsiloxan. Kanalerna är cirka 5 millimeter långa med olika diametrar från 20 mikron till 100 mikron, ungefär diametern på ett människohår, som matchar det som finns nära slutet av bröstkanalsystemet. Sedan, Dr Lelièvre, vars grupp är en av få i världen som framgångsrikt kan odla de komplicerade cellerna som kantar bröstgångarna, lockade cellerna att växa i formen och bete sig som de skulle göra i ett riktigt mänskligt bröst.
"Cellerna i bröstkanalsystemet har en mycket specifik organisation som har visat sig vara svår att få tag på i ett laboratorium, Dr. Lelièvre sa. "Cellerna har olika sidor, och en sida måste vara vänd mot kanalens vägg och den andra måste vara vänd mot den inre kanalen. Att återskapa detta beteende är mycket utmanande, och det hade aldrig uppnåtts på en konstgjord struktur tidigare."
Teamet täckte mögelsvampen med ett proteinbaserat ämne som heter laminin 111 som en grund för cellerna som gör att de kan fästa vid mögeln och bete sig som de skulle göra inuti kroppen, sa doktor Lelièvre. Och eftersom injicering av de ömtåliga cellerna i de färdiga kanalerna i formen orsakade för mycket skada, teamet skapade en avtagbar topp för kanalerna. "Designen av de U-formade kanalerna och toppen var nödvändig för att vi skulle kunna använda cellerna framgångsrikt, men det låter oss också göra ändringar snabbt och enkelt för olika tester, ”, förklarade hon. ”Vi kan enkelt introducera förändringar bland cellerna eller infoga några tumörceller för att testa nanopartiklarnas förmåga att känna igen dem. Designen gör det också mycket enkelt att utvärdera resultaten eftersom hela modellen får plats under ett mikroskop."
Detta arbete beskrivs i detalj i en artikel med titeln, "Breast on-a-chip:mimik av bröstets kanalsystem för utveckling av terapeutiska ämnen. Ett sammandrag av denna artikel finns tillgänglig på tidskriftens webbplats.
