En bioingenjör från Harvard och en flygingenjör från MIT har skapat en ny enhet som kan upptäcka enskilda cancerceller i ett blodprov, potentiellt tillåter läkare att snabbt avgöra om cancer har spridit sig från sin ursprungliga plats.

Den mikrofluidiska enheten, beskrivs i den 17 mars onlineupplagan av tidskriften Små , är ungefär lika stor som en krona, och kunde också upptäcka virus som HIV. Det kan så småningom utvecklas till lågkostnadstester för läkare att använda i utvecklingsländer där dyr diagnostisk utrustning är svår att få tag på, säger Mehmet Toner, professor i biomedicinsk teknik vid Harvard Medical School och medlem av Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology.

Toner byggde en tidigare version av enheten för fyra år sedan. I den ursprungliga versionen, blod som tas från en patient rinner förbi tiotusentals små kiselstolpar belagda med antikroppar som fastnar på tumörceller. Eventuella cancerceller som rör stolparna fastnar. Dock, vissa celler kanske aldrig stöter på inläggen alls.

Toner trodde om stolparna var porösa istället för solida, celler kan flöda rakt igenom dem, vilket gör det mer troligt att de skulle hålla sig. För att uppnå det, han tog hjälp av Brian Wardle, en MIT docent i flygteknik och astronautik, och en expert på att designa nanokonstruerade avancerade kompositmaterial för att göra starkare flygplansdelar.

Ur det samarbetet kom den nya mikrofluidiska enheten, översållad med kolnanorör, som samlar cancerceller åtta gånger bättre än originalversionen.

Fångas av nanorör

Cirkulerande tumörceller (cancerceller som har brutit sig loss från den ursprungliga tumören) är normalt mycket svåra att upptäcka, eftersom det finns så få av dem - vanligtvis bara flera celler per 1 milliliter blodprov, som kan innehålla tiotals miljarder normala blodkroppar. Dock, att upptäcka dessa utbrytande celler är ett viktigt sätt att avgöra om en cancer har metastaserats.

"Av alla dödsfall i cancer, 90 procent är inte resultatet av cancer på den primära platsen. De kommer från tumörer som sprider sig från den ursprungliga platsen, säger Wardle.

När du designar avancerade material, Wardle använder ofta kolnanorör - små, ihåliga cylindrar vars väggar är galler av kolatomer. Sammansättningar av rören är mycket porösa:En skog av kolnanorör, som innehåller 10 miljarder till 100 miljarder kolnanorör per kvadratcentimeter, är mindre än 1 procent kol och 99 procent luft. Detta lämnar gott om utrymme för vätska att strömma igenom.

MIT/Harvard-teamet placerade olika geometrier av kolnanorörsskog i mikrofluidenheten. Som i den ursprungliga enheten, ytan på varje rör kan dekoreras med antikroppar specifika mot cancerceller. Dock, eftersom vätskan kan gå genom skogens geometrier såväl som runt dem, det finns mycket större möjligheter för målcellerna eller partiklarna att fastna.

Forskarna kan anpassa enheten genom att fästa olika antikroppar på nanorörens ytor. Genom att ändra avståndet mellan nanorörets geometriska egenskaper kan de också fånga objekt i olika storlekar - från tumörceller, ungefär en mikron i diameter, ner till virus, som endast är 40 nm.

Forskarna börjar nu arbeta med att skräddarsy enheten för hiv-diagnos. Toners originalenhet för att upptäcka cancerceller testas nu på flera sjukhus och kan bli kommersiellt tillgänglig inom de närmaste åren.

Rashid Bashir, direktör för Micro and Nanotechnology Laboratory vid University of Illinois i Urbana-Champaign, säger att förmågan att filtrera specifika partiklar, celler eller virus från ett blodprov så att de kan analyseras är ett viktigt steg mot att skapa handhållna diagnostiska enheter.

"Allt du kan göra för att förbättra fångsteffektiviteten, eller något nytt du kan göra för att få partiklarna att interagera med en yta mer effektivt, hjälper till med provberedning, säger Bashir, som inte ingick i forskargruppen.

---

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.