Forskare vid University of Illinois i Chicago och Queensland University of Technology of Australia, har utvecklat en apparat som kan isolera enskilda cancerceller från patientens blodprov. Den mikrofluidiska enheten fungerar genom att separera de olika celltyperna som finns i blodet efter deras storlek. Enheten kan en dag möjliggöra snabb, billiga flytande biopsier för att hjälpa till att upptäcka cancer och utveckla riktade behandlingsplaner. Fynden redovisas i tidskriften Mikrosystem och nanoteknik .

"Det här nya mikrofluidikchipet låter oss separera cancerceller från helblod eller minimalt utspätt blod, sa Ian Papautsky, Richard och Loan Hill professor i bioteknik vid UIC College of Engineering och motsvarande författare på tidningen. "Medan enheter för att upptäcka cancerceller som cirkulerar i blodet blir tillgängliga, de flesta är relativt dyra och är utom räckhåll för många forskningslabb eller sjukhus. Vår enhet är billig, och kräver inte mycket provberedning eller spädning, vilket gör det snabbt och enkelt att använda."

Förmågan att framgångsrikt isolera cancerceller är ett avgörande steg för att möjliggöra flytande biopsi där cancer kan upptäckas genom en enkel blodtagning. Detta skulle eliminera obehaget och kostnaderna för vävnadsbiopsier som använder nålar eller kirurgiska ingrepp som en del av cancerdiagnostik. Flytande biopsi kan också vara användbar för att spåra effekten av kemoterapi över tiden, och för att upptäcka cancer i organ som är svåra att komma åt genom traditionella biopsitekniker, inklusive hjärnan och lungorna.

Dock, att isolera cirkulerande tumörceller från blodet är ingen lätt uppgift, eftersom de finns i extremt små mängder. För många cancerformer, cirkulerande celler finns i nivåer nära en per 1 miljard blodkroppar. "Ett 7,5 milliliters rör med blod, vilket är en typisk volym för blodtagning, kan ha tio cancerceller och 35-40 miljarder blodkroppar, sa Papautsky. Så vi letar verkligen efter en nål i en höstack.

Mikrofluidteknologier utgör ett alternativ till traditionella metoder för celldetektion i vätskor. Dessa enheter använder antingen markörer för att fånga riktade celler när de flyter förbi, eller så utnyttjar de de fysiska egenskaperna hos målceller – främst storlek – för att separera dem från andra celler som finns i vätskor.

Papautsky och hans kollegor utvecklade en enhet som använder storlek för att separera tumörceller från blod. "Att använda storleksskillnader för att separera celltyper i en vätska är mycket lättare än affinitetsseparation som använder "klibbiga" taggar som fångar rätt celltyp när den går, ", sa Papautsky. "Affinitetsseparation kräver också mycket avancerat reningsarbete som storleksseparationstekniker inte behöver."

Den enhet som Papautsky och hans kollegor utvecklade drar nytta av fenomenen tröghetsmigrering och skjuvningsinducerad diffusion för att separera cancerceller från blod när det passerar genom "mikrokanaler" bildade i plast. "Vi undersöker fortfarande fysiken bakom dessa fenomen och deras samspel i enheten, men det separerar celler baserat på små skillnader i storlek som dikterar cellens attraktion till olika platser i en kolonn av vätska när den rör sig."

Papautsky och hans kollegor "spetsade" 5-milliliter prover av friskt blod med 10 småcelliga lungcancerceller och körde sedan blodet genom sin enhet. De kunde återställa 93 procent av cancercellerna med hjälp av den mikrofluidiska enheten. Tidigare utvecklade mikrofluidikanordningar utformade för att separera cirkulerande tumörceller från blod hade en återhämtningsgrad på mellan 50 procent och 80 procent.

När de tog åtta blodprover från patienter som diagnostiserats med icke-småcellig lungcancer, de kunde separera cancerceller från sex av proverna med hjälp av den mikrofluidiska enheten.

Förutom den höga effektiviteten och tillförlitligheten hos enheterna, Papautsky sa att det faktum att lite utspädning behövs är ett annat plus. "Utan att behöva späda ut, tiden för att ta prover är kortare och förberedelsetiden likaså." De använde helblod i sina experiment samt blod som späddes ut bara tre gånger, vilket är lågt jämfört med andra protokoll för cellseparation med hjälp av enheter baserade på tröghetsmigrering.

Papautsky och kollega Dr. Alicia Hubert, biträdande professor i kirurgi vid UIC College of Medicine, fick nyligen $125, 000, ettårigt anslag från University of Illinois Cancer Center för att utveckla en mikrofluidikanordning som kan separera ut cirkulerande tumörceller samt upptäcka DNA från cancerceller i blod från lungcancerpatienter. De kommer att använda blod från patienter som ses vid University of Illinois Cancer Center för att testa effektiviteten av deras prototypenhet.