Лю, преподаватель биоинженерии и машиностроения в Университете Лихай, находится на ранних этапах тестирования своего устройства в клинических условиях, и результаты многообещающие.«Лаборатория на чипе» Лю известна своей способностью не только захватывать опухолевые клетки, циркулирующие в крови, но и «высвобождать» эти клетки.
«Наше устройство для циркулирующих опухолевых клеток может высвобождать опухолевые клетки, захваченные из образца крови, что позволяет проводить анализ отдельных клеток», — говорит Лю. «Его можно использовать для проверки эффективности лечения путем определения количества циркулирующих опухолевых клеток. Проведение генетического тестирования высвободившейся отдельной клетки также может выявить, метастазировала ли первичная опухоль, поскольку метастазированные клетки имеют уникальные генетические маркеры».
Устройство также можно использовать для проверки эффективности генной терапии рака.«Генетические тесты могут быть выполнены на высвобожденных ЦОК, чтобы определить, вызывает ли генная терапия изменения в экспрессии генов», — говорит Лю. Другими словами, такое тестирование может помочь определить, работает ли терапия или нужно изучить другие методы.Лю представит некоторые из этих результатов сегодня, 18 апреля, на конференции, которая состоится в Стамбуле, Турция, под названием «Будущее медицины», организованной Международным трастом Королевской академии наук (RASIT) и Университетом Бахчешехир.
Лю выступит по Skype из своего офиса в кампусе Университета Лихай в Вифлееме, штат Пенсильвания.Устройство Лю является частью клинических испытаний лекарств от меланомы и рака почек в Институте рака Лихай-Вэлли.
Финансирование исследования было предоставлено Фондом Энди Дерра по исследованию рака почки. Цель состоит в том, чтобы собрать предварительные данные о том, может ли устройство улучшить уход.Первый этап исследования, который включал анализ циркулирующих опухолевых клеток из одного взятия крови у нескольких десятков пациентов, продемонстрировал большой потенциал.
«Следующим шагом будет отслеживание нескольких пациентов в ходе их лечения, взятие нескольких анализов крови, чтобы увидеть, коррелируют ли данные, полученные с помощью микрофлюидного устройства, с данными, которые их медицинская бригада собирает с помощью других методов», — говорит Лю.Лю и его команда готовятся сделать следующий шаг в течение следующих нескольких месяцев.Магнетизм, волнистый дизайн в елочку — ключ к успеху устройства CTC
Микрожидкостное устройство Лю соответствует двум ключевым стандартам, по которым измеряется успех устройств CTC: высокая эффективность захвата и высокая селективность. Эффективность захвата — это процент CTC, собираемых устройством. Селективность определяет, насколько хорошо он отклоняет нежелательные клетки, такие как красные и белые кровяные тельца.Прямоугольный чип — меньше нескольких квадратных сантиметров и использующий всего несколько миллилитров крови — сделан из полимера PDMS.
Ключевой особенностью чипа является крошечный канал потока на иерархически спроектированной площадке, который оптимизирован для захвата опухолевых клеток из крови, протекающей через него.Используя принципы микрофлюидного дизайна, группа Лю разработала вихри в своем устройстве, чтобы увеличить вероятность столкновения опухолевых клеток с поверхностью проточного канала. Группа также разместила рябь в виде волнистого рисунка в елочку, выстилающего нижнюю часть площадки захвата.
«Поверхность в виде елочки создает пассивный вихрь, который перемешивает клетки и увеличивает вероятность их столкновения с площадкой для захвата», — говорит Лю. «Высокая селективность достигается за счет сглаживания острого рифленого рисунка в виде елочки на волнистый, что помогает отфильтровывать нежелательные клетки».Группа использует иммуноаффинность — специфическое химическое сродство между антителом и антигеном — чтобы заставить ЦОК прилипать к устройству, в то время как нормальные клетки крови проходят мимо. Они покрывают прокладку слоем молекул адгезии против эпителиальных клеток (анти-EpCAM), которые связываются с ЦКО, но не с нормальными клетками.Лю и его команда недавно улучшили эффективность высвобождения устройства — или его способность собирать циркулирующие опухолевые клетки для дальнейшего изучения.
Вместо постоянного осаждения частиц посредством иммуноаффинности, магнитные микрочастицы, покрытые анти-EpCAM, были захвачены на необработанной поверхности PDMS внешним магнитным полем, а затем высвобождены путем легкого удаления магнита для сбора ТХК. Результаты были опубликованы в журнале Lab on a Chip (Lab on a Chip 17 (19), 3291-3299) в статье под названием: «Магнитные частицы способствовали захвату и высвобождению редких циркулирующих опухолевых клеток с использованием микрофлюидных устройств с волнистой структурой в елочку. "По словам Лю, в оптимизированных условиях эффективность захвата опухолевых клеток достигала 92% ± 2,8%.
Эксперименты по улавливанию также проводились на образцах цельной крови, и эффективность улавливания находилась в высоком диапазоне 81-95% при различных концентрациях опухолевых клеток.Он говорит, что такой метод потенциально может быть использован для сортировки ЦОК из образцов крови пациентов, мониторинга концентрации ЦКО, терапевтического руководства и выбора дозировки лекарств, а также для дальнейшего изучения опухолей, таких как скрининг лекарств и мутации опухолей.Лю добавляет: «Поскольку на метастатический рак приходится около 90% смертей от солидных опухолей, есть надежда, что однажды устройство, которое позволит анализировать единичные опухолевые клетки, циркулирующие в крови, может иметь большое значение для ранней диагностики, обнаружения и мониторинг многих видов рака без инвазивной биопсии ».