Ett tvåårigt samarbete mellan Chan och Rocheleau-labbet vid Institute of Biomaterials &Biomedical Engineering (IBBME) har lett till utvecklingen av en ny screeningplattform för mikrofluidik som exakt kan förutsäga hur nanopartiklar kommer att bete sig i en levande kropp.
Nanopartiklar betraktas av forskare som ett potentiellt kraftfullt verktyg för personliga cancerbehandlingar. De små partiklarna, varierar i storlek från 10 till 100 nanometer (någonstans i storlek mellan ett stort protein till ett litet virus), kan användas för att skissera tumörer eller för att leverera kemoterapiläkemedel direkt till cancerceller med mer styrka och mindre biverkningar än vanliga tillförselmetoder.
Men docent Jonathan Rocheleau, kärnfakulteten vid Institute of Biomaterials &Biomedical Engineering (IBBME), korsutnämnd till institutionerna för fysiologi och medicin, Division of Endocrinology &Metabolism och en motsvarande författare till studien som publicerades i Nature Communications förra veckan, förklarade att den nya plattformen fyller några av de stora hålen i nuvarande nanoteknologiforskning.
Ofta, ytorna på dessa små partiklar behandlas för att få dem att fastna på vissa celler, en effekt som tenderar att fungera mycket bra när man studerar partiklarna i petriskålskulturer. "Vad vi visade var att nanopartiklarna möts med en cellmassa och fastnar så starkt till de yttre cellerna, de kan inte tränga in i vävnaden. Det får dig att tänka på att designa dina nanopartiklar på ett annat sätt, sa Rocheleau.
Bortsett från petriskålskulturer, levande test har varit den enda andra metoden för att studera rörelser och interaktioner mellan nanopartiklar och cellmassor. Men som en av tidningens huvudförfattare, Doktorand Alex Albanese, förklarade, "Om vi skulle injicera nanopartiklar i möss skulle det vara som att kasta ett pappersflygplan med ögonbindel. Vi ser var det landar men vi är inte riktigt säkra på flygmönstret."
Och tills nu, det har inte funnits någon mellanväg.
"Mellanvägen" är precis vad Albanese och medförfattare, Dr Alan Lam, en nyutexaminerad IBBME, har designat. Forskarna placerade levande sfäroidvävnader, vävnader som efterliknar egenskaperna hos cancertumörer, till en liten, tum lång kammare genom vilken en saltlösning ständigt flödade. Den flytande vätskan tillät forskarna att studera sfäroiderna i miljöer som liknar dem som finns i tumörer. Fluorescerande nanopartiklar injicerades sedan i kammaren, så att teamet kan mäta hur många av nanopartiklarna som penetrerade vävnaden, där de samlades, och effekten av vätskans hastighet på nanopartikelns rörelser.
Experimenten förutspådde hur nanopartiklarna skulle bete sig i större, levande modeller, med resultat tillgängliga inom en timme snarare än veckor.
"Tumören-on-a-chip tillåter oss att smyga en titt på pappersplanen innan de landar, "beskrev albanska.
Även om detta bara är första gången mikrofluidikteknikplattform har använts för att studera effekterna av nanopartiklar på en levande tumörvävnad, forskarna var förvånade över hur enkel tekniken potentiellt kan göra cancerscreening och behandling.
"Biopsier kan odlas till dessa vävnader och placeras i kanalen. Sedan kan vi ta reda på vilka nanopartiklar som fungerar och lägga dem i patienter, " förklarade Rocheleau.
Studiens författare medger att det fortfarande finns ett stort avstånd mellan denna preliminära studie och framtida studier som kan fullända designen av nanopartiklarna, liksom deras effekt med olika tumörvävnader, organ och hela kroppen.
"Datorer har kommit långt sedan 1960-talet. Just nu, vi är fortfarande inne på 1960 -talet med personlig medicin, " argumenterade Albanese.
För Rocheleau, fastän, studien pekar på ett genombrott i hur forskare hanterar komplexa biomedicinska utmaningar.
"Det som gör det här projektet unikt är hur multidisciplinärt det är, " sa han. "Det här är väldigt olika tekniker och verktyg som går samman för att lösa ett problem, och detta projekt skulle inte ha inträffat utan expertis från två unika människor och laboratorier, och hur länge de höll ut det."
