3D-печатный микрожидкостный чип поможет оценивать риски образования метастаз

Ученые Южного федерального университета совместно с российскими и индийскими коллегами разработали устройство для обнаружения клеток раковых опухолей в крови. С помощью 3D-печатной микрожидкостной системы можно выявлять единичные циркулирующие опухолевые клетки, вызывающие метастазы в разных органах. 

Вторичные опухоли — метастазы — образуются из-за отрыва единичных клеток первичного новообразования и попадания в другие ткани с потоками крови или лимфы. Такие циркулирующие опухолевые клетки очень редкие: на миллиарды клеток крови приходятся единичные предвестники метастазов.  

«Поэтому «сеть» для ловли циркулирующих опухолевых клеток должна быть очень селективной именно к злокачественным клеткам и при этом не повреждать их при поимке. Сейчас в клинической практике применяется достаточно редкий и дорогой метод, который требует сложной аппаратуры и квалифицированного персонала — проточная цитометрия, или же магнитно-резонансная и компьютерная томография», — рассказал заместитель директора Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ Александр Гуда.

Ученые ЮФУ совместно с коллегами из Красноярского государственного медицинского университета, Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН, Красноярского краевого клинического онкологического диспансера и Панджабского университета под руководством старшего научного сотрудника Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ Нутан Шуклы разработали устройство, способное находить редких «предвестников» метастазов в нескольких миллилитрах крови, сообщает пресс-служба ЮФУ.

«Мне нравится решать практические исследовательские задачи, и именно проблема выделения циркулирующих опухолевых клеток из крови побудила меня предложить эту идею. Эти редкие клетки — предвестники метастазов — дают ценную информацию о прогрессировании рака, но захватить их среди миллионов клеток крови до сих пор было очень сложно. В Международном исследовательском институте интеллектуальных материалов ЮФУ я увидела возможность объединить свои интересы в области материаловедения и микрофлюидики. В рамках этой работы мы создали спиральный микроканал, который позволил воплотить идею в жизнь», — рассказала Нутан Шукла.

Принцип работы нового чипа размером с монету — вылавливание раковых клеток за рецепторы фолиевой кислоты, которых у здоровых клеток значительно меньше.

«Стенки канала выстланы пленкой на основе природного полимера из панцирей ракообразных (хитозана), на которую посажены молекулы-ловушки. Это фолиевая кислота и синтетические фрагменты ДНК (аптамеры), которые намертво цепляются именно за раковые клетки. Кровь проходит через лабиринт, раковые клетки прилипают к стенкам, а все остальное уходит дальше. В итоге за двадцать минут из нескольких миллилитров крови удается поймать те самые редкие вестники будущих метастазов, и поймать их живыми. Врач получает возможность следить за болезнью по обычному анализу крови», — пояснил Александр Гуда.

В настоящее время устройство адаптировано для поиска клеток опухолей молочной железы: оно позволяет вычислять 80–91% процент циркулирующих опухолевых клеток и не дает ложноположительные результаты в крови здоровых пациентов. При этом более девяноста пяти процентов пойманных клеток оставались живыми и неповрежденными — это важно, поскольку живые клетки можно далее исследовать на молекулярном уровне.

«Для решения той же диагностической задачи применяют целый ряд иммуномагнитных и микрожидкостных решений, однако во многих системах пойманные клетки приходится вручную переносить в отдельный модуль для анализа, и они теряются и повреждаются. Наше решение — более доступное и с экономической, и с технологической точек зрения. Один чип можно напечатать на 3D-принтере примерно за сорок пять минут, а начинку подобрать под конкретный вид рака», — добавил Александр Гуда. 

Полученные результаты — первый шаг к клиническим испытаниям. В настоящее время ученые из Южного федерального университета продолжают разработку новых геометрий микрофлюидных устройств, а ученые из Красноярска работают над повышением селективности захвата клеток на основе аптамеров.

«В перспективе для исследовательских лабораторий платформа может стать одноразовым картриджем, подключенным к компактной системе обработки крови. Для клинического применения потребуются более масштабные валидационные исследования, воспроизводимое производство и одобрение регулирующих органов. Помимо захвата клеток, она открывает возможности для молекулярного анализа, изучения метастазирования и реакции на лечение, а также для адаптации к другим типам рака с использованием других молекул для захвата. Наша долгосрочная цель — внести вклад в развитие минимально инвазивного мониторинга рака и более персонализированной помощи», — добавила Нутан Шукла. 

Исследование выполнено при поддержке Министерства здравоохранения РФ и Министерства науки и высшего образования РФ, результаты опубликованы в издании Microchemical Journal.

Источник: Южный федеральный университет