Een bio-ingenieur van Harvard en een luchtvaartingenieur van het MIT hebben een nieuw apparaat gemaakt dat afzonderlijke kankercellen in een bloedmonster kan detecteren. mogelijk waardoor artsen snel kunnen bepalen of kanker zich vanaf de oorspronkelijke plaats heeft verspreid.

Het microfluïdische apparaat, beschreven in de online editie van het tijdschrift van 17 maart Klein , is ongeveer zo groot als een dubbeltje, en kan ook virussen zoals HIV detecteren. Het zou uiteindelijk kunnen worden ontwikkeld tot goedkope tests die artsen kunnen gebruiken in ontwikkelingslanden waar dure diagnostische apparatuur moeilijk te verkrijgen is, zegt Mehmet Toner, hoogleraar biomedische technologie aan de Harvard Medical School en lid van de Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology.

Toner bouwde vier jaar geleden een eerdere versie van het apparaat. In die originele versie, bloed dat bij een patiënt wordt afgenomen, stroomt langs tienduizenden minuscule siliconenposten die zijn bedekt met antilichamen die aan tumorcellen hechten. Alle kankercellen die de palen raken, komen vast te zitten. Echter, sommige cellen zullen de berichten misschien helemaal nooit tegenkomen.

Toner dacht dat als de stiften poreus waren in plaats van vast, cellen kunnen er dwars doorheen stromen, waardoor het waarschijnlijker is dat ze zouden blijven plakken. Om dat te bereiken, riep hij de hulp in van Brian Wardle, een MIT universitair hoofddocent luchtvaart en ruimtevaart, en een expert in het ontwerpen van nano-engineered geavanceerde composietmaterialen om sterkere vliegtuigonderdelen te maken.

Uit die samenwerking kwam het nieuwe microfluïdische apparaat, bezaaid met koolstof nanobuisjes, die kankercellen acht keer beter opvangt dan de originele versie.

Gevangen door nanobuisjes

Circulerende tumorcellen (kankercellen die zijn losgekomen van de oorspronkelijke tumor) zijn normaal gesproken erg moeilijk te detecteren, omdat er zo weinig van zijn - meestal slechts enkele cellen per 1 milliliter bloedmonster, die tientallen miljarden normale bloedcellen kan bevatten. Echter, het detecteren van deze afgescheiden cellen is een belangrijke manier om te bepalen of een kanker is uitgezaaid.

“Van alle sterfgevallen door kanker, 90 procent is niet het gevolg van kanker op de primaire plaats. Ze zijn van tumoren die zich verspreiden vanaf de oorspronkelijke plaats, ', zegt Wardle.

Bij het ontwerpen van geavanceerde materialen, Wardle gebruikt vaak koolstofnanobuisjes - kleine, holle cilinders waarvan de wanden roosters van koolstofatomen zijn. Assemblages van de buizen zijn zeer poreus:een woud van koolstofnanobuisjes, die 10 miljard tot 100 miljard koolstofnanobuisjes per vierkante centimeter bevat, is minder dan 1 procent koolstof en 99 procent lucht. Hierdoor blijft er voldoende ruimte over voor de vloeistof om door te stromen.

Het MIT/Harvard-team plaatste verschillende geometrieën van koolstofnanobuisjesbos in het microfluïdische apparaat. Net als bij het originele apparaat, het oppervlak van elke buis kan worden versierd met antilichamen die specifiek zijn voor kankercellen. Echter, omdat de vloeistof zowel door de bosgeometrieën als eromheen kan gaan, er is een veel grotere kans voor de doelcellen of deeltjes om gevangen te worden.

De onderzoekers kunnen het apparaat aanpassen door verschillende antilichamen aan de oppervlakken van de nanobuisjes te hechten. Door de afstand tussen de geometrische kenmerken van de nanobuisjes te veranderen, kunnen ze ook objecten van verschillende grootte vastleggen - van tumorcellen, ongeveer een micron in diameter, tot virussen, die slechts 40 nm zijn.

De onderzoekers beginnen nu te werken aan het afstemmen van het apparaat voor hiv-diagnose. Het oorspronkelijke apparaat voor het detecteren van kankercellen van Toner wordt nu in verschillende ziekenhuizen getest en zal in de komende jaren mogelijk in de handel verkrijgbaar zijn.

Rashid Bashir, directeur van het Micro and Nanotechnology Laboratory aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, zegt dat het vermogen om specifieke deeltjes te filteren, cellen of virussen uit een bloedmonster zodat ze kunnen worden geanalyseerd, is een cruciale stap in de richting van het maken van draagbare diagnostische apparaten.

“Alles wat u kunt doen om de opname-efficiëntie te verbeteren, of iets nieuws dat je kunt doen om de deeltjes effectiever te laten interageren met een oppervlak, zal helpen bij de voorbereiding van het monster, " zegt Bashir, die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam.