(Phys.org) – Ett mikrofluidchip utvecklat vid University of Michigan är bland de bästa på att fånga svårfångade cirkulerande tumörceller från blod – och det kan stödja cellernas tillväxt för vidare analys.

Enheten, tros vara den första att para ihop dessa funktioner, använder det avancerade elektronikmaterialet grafenoxid. På kliniker, en sådan enhet skulle en dag kunna hjälpa läkare att diagnostisera cancer, ge mer exakta prognoser och testa behandlingsalternativ på odlade celler utan att utsätta patienter för traditionella biopsier.

"Om vi ​​kan få den här tekniken att fungera, det kommer att främja nya cancerläkemedel och revolutionera behandlingen av cancerpatienter, " sa Dr Max Wicha, chef för UM Cancer Center och medförfattare till ett papper om den nya enheten, publiceras online denna vecka i Naturens nanoteknik .

"Cirkulerande tumörceller kommer att spela en viktig roll i den tidiga diagnosen av cancer och för att hjälpa oss att förstå om behandlingar fungerar hos våra cancerpatienter genom att fungera som en "flytande" biopsi för att bedöma behandlingssvar i realtid, " sa medförfattaren Dr Diane Simeone, Lazar J. Greenfield professor i kirurgi vid UM Medical School och chef för Translational Oncology Program.

"Studier av cirkulerande tumörceller hjälper oss också att förstå de grundläggande biologiska mekanismerna genom vilka cancerceller metastaserar eller sprider sig till avlägsna organ - den största dödsorsaken hos cancerpatienter."

Ändå lever dessa celler inte upp till sitt löfte inom medicin eftersom de är så svåra att separera från ett blodprov, säger forskarna. I blodet hos cancerpatienter i tidigt stadium, de står för mindre än en på varje miljard celler, så att fånga dem är svårare än att hitta den ökända nålen i en höstack.

"Jag kan bränna höstacken eller använda en stor magnet, sa Sunitha Nagrath, en biträdande professor i kemiteknik, som ledde forskningen. "När det gäller cirkulerande tumörceller, de ser nästan ut som - känns som - vilken annan blodkropp som helst."

På deras mikrofluidiska chip, Nagraths team odlade täta skogar av molekylära kedjor, var och en utrustad med en antikropp för att ta tag i cancerceller.

Även efter att cellerna har fångats, det är fortfarande svårt att köra en robust analys på bara en handfull av dem, säger forskarna. Det är därför denna demonstration av mycket känslig tumörcellfångst, kombinerat med förmågan att odla cellerna i samma enhet, är så lovande.

Hyeun Joong Yoon, en postdoktor i Nagrath -labbet med en bakgrund inom elektroteknik, var avgörande för att göra det mikrofluidiska chipet. Han började med en kiselbas och lade till ett galler på nästan 60, 000 platta guldformer, som fyrbladiga blommor, var och en inte bredare än ett hårstrå.

Guldblommorna lockade naturligt till sig ett relativt nytt material som kallas grafenoxid. Dessa ark av kol och syre, bara några atomer tjocka, lade sig över guldet. Denna skiktade formation gjorde det möjligt för teamet att växa de tumörcellsfångande molekylkedjorna så tätt.

"Det är nästan som att varje grafen har många nano-armar för att fånga celler, sa Nagrath.

För att testa enheten, laget körde blodprover på en milliliter genom chipets tunna kammare. Även när de bara hade lagt till tre till fem cancerceller till de 5-10 miljarder blodkroppar, chipet kunde fånga alla celler i provet halva tiden, med ett genomsnitt på 73 procent över 10 försök.

"Det är det högsta någon har visat i litteraturen för att spika ett så lågt antal celler, sa Nagrath.

Teamet räknade de fångade cancercellerna genom att märka dem med fluorescerande molekyler och titta på dem genom ett mikroskop. Dessa taggar gjorde cancercellerna lätta att skilja från oavsiktligt fångade blodkroppar. De odlade också bröstcancerceller under sex dagar, med hjälp av ett elektronmikroskop för att se hur de sprider sig över guldblommorna.

"När du har individuella celler, mängden material i varje cell är ofta så liten att det är svårt att utveckla molekylära analyser, " Sa Wicha. "Denna enhet gör att cellerna kan odlas till större kvantiteter så att du kan göra en genetisk analys lättare."

Chipet kan fånga bukspottkörteln, bröst- och lungcancerceller från patientprover. Nagrath var förvånad över att enheten kunde fånga upp cirka fyra tumörceller per milliliter blod från lungcancerpatienter, även om de hade den tidiga formen av sjukdomen.

Arbetar i ett team som består av både ingenjörer och medicinsk personal på UM, Nagrath är optimistisk att den nya tekniken kan nå kliniker om tre år.

Uppsatsen har titeln "Känslig fångst av cirkulerande tumörceller med funktionaliserade nanoark av grafenoxid." Universitetet strävar efter patentskydd för immateriella rättigheter och söker kommersialiseringspartners för att hjälpa till att få ut tekniken på marknaden.