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Qualle-Inspirierte Microfluidic-Einheits-Isolate, die Tumor-Zellen Verteilen

Published on November 14, 2012 at 7:23 AM

Die Tumorzellen, die im Blutstrom eines Patienten verteilen, können erbringen viele Informationen über, wie ein Tumor reagiert auf Behandlung, wären effektiver und welche Drogen gegen sie möglicherweise. Aber zuerst, müssen diese seltenen Zellen von den vielen anderen Zellen erfasst werden und getrennt werden, die in einer Blutprobe gefunden werden.

Die Zellen, die durch eine microfluidic Einheit sich bewegen, können durch Stränge von DNS (Grün) eingeschlossen werden. Bild: Suman Bose und Chong Shen

Viele Wissenschaftler arbeiten jetzt an microfluidic Einheiten, die verteilende Tumorzellen trennen können (CTCs), aber die meisten diesen haben zwei bedeutende Beschränkungen: Er dauert zu lang, um eine genügende Menge Blut aufzubereiten, und es gibt keine gute Methode, Krebszellen für Analyse nach ihrer Erfassung zu extrahieren.

Eine neue Einheit von den Forschern an MIT und Brigham und Frauenklinik gleicht jene Hindernisse aus. Angespornt durch die Tentakeln einer Qualle, beschichtete das Team einen microfluidic Kanal mit langen Strängen von DNS, die die spezifischen Proteine ergreifen, die auf den Oberflächen von Leukämiezellen gefunden werden, während sie vorbei fließen. Unter Verwendung dieser Strategie erzielten die Forscher Strömungsgeschwindigkeiten 10 vorhandene Einheiten der Zeiten höher als - fasten Sie genug, um die Anlagen praktisch zu machen für klinischen Gebrauch.

Unter Verwendung dieser Technologie beschrieben im Punkt dieser Woche der Verfahren der National Academy Of Sciences, Konnten Doktoren Krebspatienten überwachen, um zu bestimmen, ob ihre Behandlung arbeitet.

„Wenn Sie eine schnelle Prüfung hatten, die Ihnen mitteilen könnte, dass ob es mehr oder weniger dieser Zellen im Laufe der Zeit gibt, würde das helfen, die Weiterentwicklung der Therapie zu überwachen und Weiterentwicklung der Krankheit,“ sagt Jeff Karp, ein außerordentlicher Professor von Medizin an Harvard-Medizinischer Fakultät und Co-Direktor der Mitte für Verbessernde Therapeutik an Brigham und an der Frauenklinik in Boston.

Dieses Baumuster der Einheit konnte personifizierte Behandlungen auch aktivieren: Sobald Zellen von einem Patienten getrennt werden, konnten Doktoren verschiedene Drogen auf ihnen prüfen, um zu bestimmen, welche am effektivsten sind.

Die neue Technologie wuchs aus einer Zusammenarbeit zwischen Karps Labor und dem von Rohit Karnik, ein außerordentlicher Professor des Maschinenbaus an MIT heraus. Führende Autoren des Papiers sind Weian Zhao, ein ehemaliges postdoc in Karps Labor und jetzt ein Assistenzprofessor an University of California in Irvine; Cheryl Cui, ein Student im Aufbaustudium in der Abteilung Harvard-MIT von Gesundheits-Wissenschaft Und Technik; und Suman Bose, ein Student im Aufbaustudium in Karniks Labor.

DNS-` Tentakeln'

Die Zahl von CTCs fand in einem Milliliter Blut eines bestimmten Patienten kann von gerade einigen bis einige tausend reichen. Um jene seltenen Zellen zu trennen, haben Forscher versucht die microfluidic Kanäle aufzubauen, die mit den Antikörpern punktiert werden, die zu einem Protein spezifisch sind, das auf den Zielzellen gefunden wird. Jedoch weil die Antikörper nur zehn nm von der Unterseite des Kanals ausdehnen, ist die Erfassung von Zellen durch die Antikörper langsam.

Um die Reichweite der Fängermoleküle auszudehnen, ahmte Team Karp und Karniks die Tentakeln von Quallen nach und stellte lange Stränge des Wiederholens von DNA-Sequenzen her. Jene Reihenfolgen, bekannt als aptamers, visieren ein Protein an, das in den großen Zahlen auf Leukämiezellen gefunden wird.

Die DNA-Stränge werden zu einem Microchannel mit einem Fischgrätenmustermuster auf seinem Boden befestigt. Jene kopierten Kanten veranlassen das Blut zu wirbeln, während es den Kanal durchfließt und verbessern die Möglichkeiten, die einzelne Zellen in Kontakt mit den Tentakeln kommen, die Hunderte von den Mikrons in den Kanal ausdehnen. Dieses erlaubt den Forschern, die Kinetik der Durchblutung zu erhöhen.

„Normalerweise, was mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten ist geschieht, kommen die Zellen nicht wirklich nah an der Oberfläche, und sie ist sehr schwierig, die Zielzellen zu erfassen,“ sagt Karnik. „Aber diese Kombination dieser Fischgrätenmusternuten, zum der Lösung zu mischen und der Zellen in Kontakt mit Oberflächen, plus Haben von aptamers zu holen, die heraus in die Lösung haften, aktiviert sehr hohe Erfassungskinetik mit sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten.“

Strömungsgeschwindigkeiten in der neuen Einheit sind 10mal höher als die, die für vorhergehende Einheiten berichtet werden, und die Anlage kann 60 bis 80 Prozent der Zielzellen erfassen. Im aktuellen Baumuster das 1 Quadratzentimeter misst, ist die Strömungsgeschwindigkeit 1 Milliliter pro Stunde. Indem sie die Einheit vergrößern, sagen die Forscher, dass sie die Strömungsgeschwindigkeit zu 100 Millilitern Blut pro Stunde - fasten Sie genug, um die 10 schnell aufzubereiten - zu den 20-Milliliter-Proben aufladen konnten, die erforderlich sein würden, eine genaue CTC-Zählung von einem einzelnen Patienten zu erhalten.

Weil die „Tentakeln“ von DNS gemacht werden, können sie mit den Enzymen leicht zerspaltet werden und die erfassten Zellen für weitere Analyse freigeben.

Peter Kuhn, ein außerordentlicher Professor der Zellbiologie am Scripps-Forschungsinstitut, sagt, dass diese Technologie eine interessante Alternative zu den existierenden Anflügen ist, zum von den seltenen Zellen zu erfassen und hinzufügt, dass weitere Prüfung erforderlich ist, die Nützlichkeit der Technologie zu validieren.

„Dieser Bereich muss viele verschiedenen Alleen, damit Seltenzellenkennzeichen erforscht werden kann,“ sagt Kuhn. „Diese Technologien können die Schlüsselenablers für das Studieren von Krankheit in den Menschen zur Verfügung stellen.“

Minimal invasiv

Einheiten, die CTCs erfassen, konnten eine bessere Alternative dem Prüfen des Knochenmarks anbieten, wenn sie bestimmten, ob Krebsbehandlung bei einem Leukämiepatienten arbeitet.

„Wenn man die Empfindlichkeit des Befunds im Blut verbessern könnte, dann aktiviert möglicherweise dieser Anflug einen Übergang vom Trennen des Marks zum Trennen des Bluts, das viel weniger invasiv ist und Sie es häufig tun können. Er könnte das Paradigma für, wie Restkrankheit entdeckt wird,“ Karp ändern sagt.

„Die Schönheit dieser Technologie ist seine Vielseitigkeit,“ sagt Zhao. „Sie können die Länge und die Dichte der DNS-Ketten leicht ändern; Sie können verschiedene Reihenfolgen in der DNS umfassen, um verschiedene Baumuster von Zellen zu erfassen.“

Dieses Merkmal macht es eine Plattformtechnologie, die in der Klinik und in den Forschungslabors breit angewendet werden kann. Zum Beispiel erfasst eine andere mögliche Anwendung fötale Zellen, die in einem Blutstrom der schwangeren Frau sehr selten sind. Das Analysieren dieser Zellen könnte Doktoren helfen, prenatale Diagnoseprüfungen für eine Reichweite der Krankheiten unter Verwendung eines Anfluges durchzuführen, der weit weniger invasiv als Amniocentesis ist.

Die Forscher arbeiten jetzt an der Anpassung der DNA-Stränge, um andere Moleküle, wie Empfänger anzuvisieren, die auf den Oberflächen von den Zellen gefunden werden, die von den festen Tumoren verdrängt werden.

Quelle: http://www.mit.edu/

Last Update: 14. November 2012 08:50

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