I arbete som kan förbättra förståelsen för hur cancer sprider sig, ett team av ingenjörer och medicinska forskare vid University of Michigan utvecklade en ny typ av mikrofluidchip som kan fånga sällsynta, aggressiva cancerceller, odla dem på chipet och släpp enstaka celler på begäran.

För första gången, de kan enkelt jämföra två olika "syster" -celler - födda av samma ursprungliga cancercell - för att utforska hur olika gener aktiveras och deaktiveras när cancerceller delar sig och sprids. Studier med det nya chipet kan också avslöja varför vissa cancerceller är resistenta mot läkemedel.

Det slutliga målet med projektet – ledd av Euisik Yoon, professor i elektroteknik och datavetenskap — är att ta reda på vad som driver "självförnyelse"-processerna som gör att dessa aggressiva cancerceller kan bete sig som stamceller.

Dessa celler är kända som cancerstamceller. De kan dela sig och förvandlas till olika typer av cancerceller, med olika gener på eller av. Cancerforskare tror att om de stamliknande egenskaperna kan stängas av, cancern kommer inte att kunna växa och sprida sig.

"När en tumör bildas, vissa cancerstamceller bibehåller stamness, medan andra är differentierade. Genom att förstå detta, vi kommer att veta mer om tumörbildning och upptäcka sätt att hämma den, sa Yu-Chih Chen, en forskare inom elektroteknik och datavetenskap och medförfattare på en artikel som nyligen publicerats i ACS Nano .

Basen av det nya chipet är sammansatt av kolnanorör täckta med en plastbeläggning. När en cancercell sätter sig på chipet, den fastnar på den beläggningen. För att frigöra cellen, forskarna sken extremt korta pulser av laserljus nära den. Ljuset absorberas lätt av kolnanorören, blixtvärme dem, medan plasten isolerar cellen.

Värmen gör att instängd luft mellan nanorören och plasten expanderar, blåser en bubbla under cellen. När bubblan spricker genom plasten, cellen lossnar. Sedan, cellen kan spolas ut ur chipet och fångas in för genetisk profilering.

De flesta befintliga metoder för att frigöra individuella fångade cancerceller är antingen skadliga för cellerna eller så kan de inte få ut dem ur chippet på ett tillförlitligt sätt. Lasern var tillräckligt exakt för att kunna lossa ena sidan av en cell, lämnar den andra sidan förankrad.

Och bubblans lossningsprocess var så skonsam att även ytproteiner på cellmembranet var oskadade. Ytproteinerna är en viktig oförstörande väg för att identifiera cancerstamceller.

För att börja utforska skillnaderna i genuttryck mellan systerceller, laget tittade först på en gen som heter Notch, som är förknippad med både normala och cancerösa stamceller. Om Notch uttrycktes i dottercellerna, det var en grov indikation på att uppdelningen var självförnyande. En Notch-positiv cell kan fortsätta att producera två celler som uttrycker samma gen, ett hack-positivt och ett hack-negativt, eller två hack-negativa celler.

Deras analyser visade att Notch inte fungerar som en enda indikator för en cancercells stamliknande egenskaper. Andra gener associerade med stamceller kan slås på eller stängas av i dotterceller med antingen Notch-uttryck.

Uppgiften framför cancerforskare, med hjälp av det nya chipet, är att identifiera vilka av dessa gener som är kritiska för en cancerstamcells självförnyande förmåga. Om dessa kan stängas av, tvingar alla cancerstamceller att endast producera icke-stamceller när de delar sig, det kan vara möjligt att undergräva en tumörs förmåga att växa och sprida sig.

"Om vi ​​identifierar några nyckelgener, eller ett potentiellt läkemedelsmål, då kan läkemedelsforskare utveckla en förening för att nå detta läkemedelsmål, " sa Chen.

Drogtester inspirerade Yoon att utveckla detta chip. På tidigare marker, vissa cancer överlevde behandlingar, och han ville förstå dessa celler bättre.

"Vissa celler är mycket resistenta; vissa dödas lätt, sa Yoon, som också är professor i biomedicinsk teknik. "Vi ville ta ut enskilda celler efter läkemedelsscreening och titta på deras genetiska profiler för att se om vi kan se vad som gör cancerceller stamlika."

Framtida experiment kan leda till vad vissa cancerforskare kallar "funktionella botemedel, " liknande hanteringen av HIV. Cancern behöver inte nödvändigtvis utrotas. Att stoppa cancerns spridning kan vara tillräckligt för att en cancerpatient ska kunna leva ett hälsosamt liv.

Detta arbete rapporteras i en artikel med titeln "Selektiv fotomekanisk avskiljning och hämtning av delade systerceller från inneslutna mikrofluidik för nedströmsanalyser."