Met behulp van geluidsgolven, een internationaal team van onderzoekers heeft een zachte, contactloze methode voor het scheiden van circulerende tumorcellen van bloedmonsters die snel en efficiënt genoeg is voor klinisch gebruik.

Circulerende tumorcellen (CTC's) zijn kleine stukjes van een tumor die loskomen en door de bloedbaan stromen. Ze bevatten een schat aan informatie over de tumor, zoals het type, fysieke kenmerken en genetische mutaties.

Het vermogen om deze cellen snel en efficiënt uit een bloedmonster te oogsten en te laten groeien, zou "vloeibare biopsieën" mogelijk maken die een robuuste diagnose kunnen stellen, prognose en suggesties voor behandelingsstrategieën op basis van individuele CTC-profilering.

CTC's zijn, echter, uiterst zeldzaam en moeilijk te vangen. Er zijn typisch slechts een handvol voor elke paar miljard bloedcellen die door de aderen van een patiënt stromen. En hoewel er veel technologieën zijn ontworpen om tumorcellen te scheiden van normale bloedcellen, geen van hen is perfect. Ze hebben de neiging om de cellen tijdens het proces te beschadigen of te doden, gebrek aan efficiëntie, alleen werken aan specifieke soorten kanker, of veel te lang duren om in veel situaties te worden gebruikt.

In een nieuwe studie, onderzoekers van de Duke University, MIT en Nanyang Technological University (Singapore) demonstreren een platform op basis van geluidsgolven dat in minder dan een uur CTC's kan scheiden van een flesje bloed van 7,5 ml met een efficiëntie van ten minste 86 procent. Met extra verbeteringen, de onderzoekers hopen dat de technologie de basis zal vormen voor een nieuwe test door middel van een goedkope, wegwerpchip.

De resultaten verschijnen op 3 juli in het tijdschrift Klein .

Elk jaar eist kanker het leven van miljoenen mensen over de hele wereld en onderzoekers zijn nog steeds op zoek naar betere hulpmiddelen voor de diagnose van kanker, prognose en behandeling, " zei Tony Jun Huang, de William Bevan hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde aan Duke.

"Biopsie is de gouden standaardtechniek voor de diagnose van kanker, " zei Huang. "Maar het is pijnlijk en invasief en wordt vaak pas laat in de ontwikkeling van de kanker toegediend. Met onze circulerende tumorcelscheidingstechnologie, we kunnen mogelijk helpen om erachter te komen, op een niet-invasieve manier, of de patiënt kanker heeft, waar de kanker zich bevindt, in welke fase het zich bevindt, en welke medicijnen het beste zouden werken. Allemaal van een klein bloedmonster dat bij de patiënt is afgenomen."

De technologie werkt door een staande geluidsgolf op te zetten onder een hoek met een vloeistof die door een klein kanaaltje stroomt. Omdat geluid niets meer is dan een drukgolf, dit zorgt voor drukzakken die op deeltjes die in de vloeistof zijn gesuspendeerd terwijl ze passeren. Deze akoestische kracht werkt sterker op de grotere, stijvere kankercellen dan op normale bloedcellen, de CTC's naar een apart kanaal te duwen voor verzameling.

De vermogensintensiteit en frequentie van de geluidsgolven zijn vergelijkbaar met die gebruikt in ultrasone beeldvorming, die veilig wordt gebruikt in tal van medische procedures. Het risico van schade aan de CTC's wordt nog verder verminderd omdat elke cel de akoestische golf slechts een fractie van een seconde ervaart en geen etikettering of oppervlaktemodificatie vereist. Deze eigenschappen geven de techniek de best mogelijke kans om de functies en oorspronkelijke toestanden van de CTC's te behouden.

De aanpak werd drie jaar geleden voor het eerst gedemonstreerd in een proof-of-concept-onderzoek en is sindsdien verbeterd tot het punt waarop het bruikbaar zou kunnen zijn in een klinische setting. Het resultaat is een prototype apparaat dat vloeistof verwerkt met een snelheid van 7,5 ml/uur, zeven keer sneller dan het origineel, zonder in te boeten aan een efficiëntie van 86 procent of talrijke voordelen ten opzichte van andere methoden.

"De grootste troef van deze akoestische scheidingsmethode is dat het heel zacht is voor de circulerende tumorcellen, " zei Andrew Armstrong, universitair hoofddocent geneeskunde, chirurgie, en farmacologie en kankerbiologie aan de Duke University School of Medicine. "De kankercellen blijven levensvatbaar nadat ze door de chip zijn gegaan en kunnen worden gekarakteriseerd, gekweekt of geprofileerd, waardoor we genotypering of fenotypering kunnen doen om beter te begrijpen hoe we ze kunnen doden."

"Het idee is om gepersonaliseerde geneeskundebenaderingen voor individuele patiënten te ontwikkelen op basis van hun kankerbiologie, vergelijkbaar met wat artsen met infectieziekten doen met bacterieculturen en antibiotica, ' zei Armstrong.

In de krant, Armstrong demonstreerde de technologie om circulerende tumorcellen van mannen met prostaatkanker te verzamelen en profileerde ze met succes voor een reeks markers en kortetermijngroeikenmerken. De onderzoekers tonen aan dat CTC's van patiënten sterk variëren in hun expressie van belangrijke doelen voor therapie, zoals prostaatspecifiek membraanantigeen (PSMA), die vaak wordt gebruikt voor beeldvorming en voor het richten van prostaatkanker in de kliniek.

Vooruit gaan, Huang blijft de technologie ontwikkelen om zowel de snelheid als de efficiëntie te verhogen, terwijl Armstrong werkt aan het vaststellen van de haalbaarheid van de techniek in een aantal kweek- en profileringsprojecten om het potentieel voor klinische impact te laten zien. Het paar zal de technologie ook gebruiken in verschillende onderzoeksprojecten, zoals werken om te begrijpen waardoor CTC's in de bloedbaan kunnen overleven en kunnen uitzaaien, of verspreid over het lichaam.

"De enige door de FDA goedgekeurde technologie voor CTC-detectie kan alleen basiskarakteriseringen van CTC's tellen en uitvoeren, maar kan geen CTC's buiten het lichaam laten groeien, omdat het in feite de cellen in het proces doodt, "Zei Armstrong. "In staat zijn om deze cellen te bereiken terwijl ze nog leven, geeft ons op zijn minst een kans om ze buiten het lichaam te kweken of te profileren om de soorten geneesmiddelgevoeligheid en genetische tests uit te voeren die de therapie beter kunnen informeren. "