En ny enhet som utvecklats vid University of Michigan kan ge ett icke-invasivt sätt att övervaka utvecklingen av en avancerad cancerbehandling.

Det kan plocka ut cancerceller ur ett blodprov och släppa dem senare, möjliggör ytterligare tester som kan visa om terapin framgångsrikt befriar patienten från de farligaste cancercellerna.

Celler som släpps ut i blodomloppet av tumörer kan användas för att övervaka cancerbehandling, men de är mycket svåra att fånga, står för ungefär en av en miljard celler, säger Sunitha Nagrath, U-M biträdande professor i kemiteknik.

Nagrath och hennes medarbetare var banbrytande inom teknik för att fånga dessa celler från blodprov. Deras enheter fångade cellerna på chips gjorda med grafenoxid, ett enda lager kol- och syreatomer. Men all analys måste göras på chipet eftersom cellerna fastnade.

"Vi kan odla cellerna på chipet eller analysera dem alla tillsammans, men forskning har visat att cancerceller inte alla är desamma, "sa hon." Därför det är viktigt att studera celler individuellt, och vår nya enhet gör detta möjligt. "

Stamcellsteorin om cancer hävdar att återfall uppstår eftersom kemoterapi och strålbehandling inte är särskilt effektiva för att döda cancerstamceller, som kan utgöra så mycket som 10 procent av en tumör. Som ett resultat, de cancerstamceller som lämnas kvar kan växa tillbaka tumören eller sprida sig till andra delar av kroppen.

Nya behandlingar i kliniska prövningar angriper stamcellerna, men att döda denna mindre befolkning minskar inte tumören omedelbart. Läkare behöver ett bra sätt att övervaka om cancerstamcellerna är på nedgång. Detta kan vara möjligt genom blodprov, men kliniker måste studera fångade celler individuellt, och det betyder att ta bort dem från chipet.

"Hur kan vi släppa cellen utan att skada den - det är namnet på spelet, "sa Jinsang Kim, U-professor i materialvetenskap och teknik, som ledde projektet tillsammans med Nagrath.

Kim arbetar med designprinciper för att skapa kedjeliknande molekyler med särskilda förmågor, och hans team kom på en lösning. Hans grupp utvecklade en polymer som är fast vid rumstemperatur men faller isär vid en temperatur som kan ställas in mellan cirka 40 och 68 grader Fahrenheit.

Polymeren löser sig i vatten när den interagerar med vattenmolekyler. Vid högre temperaturer, värme bryter upp interaktionerna, så att polymeren inte löser sig. Apoorv Shanker, en doktorand i makromolekylär vetenskap och teknik, sätt polymeren att lösa sig vid temperaturer under 54 grader. Teamet blandade de små cellfångande grafenoxidflingorna i polymeren och byggde in chipet i en enhet för att styra blodprovet över den.

"Det är väldigt skonsamt för cellerna, "sa Nagrath, kontrasterar det svaga temperaturfallet med andra konstruktioner som är beroende av uppvärmning eller enzyminducerade kemiska reaktioner för att frigöra cellerna.

Enheten kan fånga upp och leva släppa upp till 80 procent av cancercellerna i det första blodprovet. Sedan, klinikerna kunde samla cellerna i ett vävnadsliknande prov för konventionell analys, som kan avslöja andelen fångade cancerceller som är stamceller. Alternativt, de kunde identifiera enskilda celler för mer detaljerad studie, till exempel fullständig genetisk sekvensering eller tester som identifierar vilka läkemedel som skulle vara mest effektiva.

"Eftersom enheten är enkel och kostnadseffektiv att göra, storskaliga kliniska studier är möjliga, "Sa Kim.

Studien gjordes i samarbete med gruppen Max Wicha, U-professor i onkologi, och gruppen Diane Simeone, professor i kirurgi och molekylär och integrativ fysiologi.

Det beskrivs i tidningen, "Avstämbar värmekänslig polymer-grafenoxidkomposit för effektiv fångst och frigöring av livskraftiga cirkulerande tumörceller, "som nyligen dök upp i Advanced Materials.