(Phys.org) -Een microfluïdische chip ontwikkeld aan de Universiteit van Michigan is een van de beste in het opvangen van ongrijpbare circulerende tumorcellen uit bloed - en het kan de groei van de cellen ondersteunen voor verdere analyse.

Het apparaat, verondersteld de eerste te zijn die deze functies koppelde, maakt gebruik van het geavanceerde elektronicamateriaal grafeenoxide. In klinieken, zo'n apparaat zou op een dag artsen kunnen helpen bij het diagnosticeren van kanker, nauwkeurigere prognoses geven en behandelingsopties testen op gekweekte cellen zonder patiënten te onderwerpen aan traditionele biopsieën.

"Als we deze technologieën kunnen laten werken, het zal nieuwe kankermedicijnen bevorderen en een revolutie teweegbrengen in de behandeling van kankerpatiënten, " zei Dr. Max Wicha, directeur van het U-M Cancer Center en co-auteur van een paper over het nieuwe apparaat, deze week online gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

"Circulerende tumorcellen zullen een belangrijke rol spelen bij de vroege diagnose van kanker en om ons te helpen begrijpen of behandelingen werken bij onze kankerpatiënten door te dienen als een 'vloeibare' biopsie om de behandelingsreacties in realtime te beoordelen, " zei co-auteur Dr. Diane Simeone, de Lazar J. Greenfield hoogleraar chirurgie aan de UM Medical School en directeur van het Translational Oncology Program.

"Studies van circulerende tumorcellen zullen ons ook helpen de fundamentele biologische mechanismen te begrijpen waardoor kankercellen metastaseren of zich verspreiden naar verre organen - de belangrijkste doodsoorzaak bij kankerpatiënten."

Toch maken deze cellen hun belofte in de geneeskunde niet waar omdat ze zo moeilijk te scheiden zijn van een bloedmonster, zeggen de onderzoekers. In het bloed van kankerpatiënten in een vroeg stadium ze zijn goed voor minder dan één op elke miljard cellen, dus ze vangen is moeilijker dan de spreekwoordelijke speld in een hooiberg vinden.

"Ik kan de hooiberg verbranden of een enorme magneet gebruiken, " zei Sunitha Nagrath, een assistent-professor chemische technologie, die het onderzoek leidde. "Als het gaat om circulerende tumorcellen, ze zien er bijna uit als - voelen aan als - elke andere bloedcel."

Op hun microfluïdische chip, Nagraths team kweekte dichte bossen van moleculaire ketens, elk uitgerust met een antilichaam om kankercellen te grijpen.

Zelfs nadat de cellen zijn gevangen, het is nog steeds moeilijk om een ​​robuuste analyse uit te voeren op slechts een handvol van hen, zeggen de onderzoekers. Dat is de reden waarom deze demonstratie van het vangen van zeer gevoelige tumorcellen, gecombineerd met de mogelijkheid om de cellen in hetzelfde apparaat te laten groeien, is zo veelbelovend.

Hyeun Joong Yoon, een postdoctoraal onderzoeker in het Nagrath-lab met een achtergrond in elektrotechniek, speelde een belangrijke rol bij het maken van de microfluïdische chip. Hij begon met een siliciumbasis en voegde een raster van bijna 60 toe, 000 platte gouden vormen, als bloemen met vier bloembladen, elk niet breder dan een haarlok.

De gouden bloemen trokken van nature een relatief nieuw materiaal aan, grafeenoxide genaamd. Deze platen van koolstof en zuurstof, slechts een paar atomen dik, lagen over het goud. Deze gelaagde formatie stelde het team in staat om de tumorcel-vangende moleculaire ketens zo dicht te laten groeien.

"Het is bijna alsof elk grafeen veel nano-armen heeft om cellen te vangen, ' zei Nagrath.

Om het apparaat te testen, het team liet bloedmonsters van één milliliter door de dunne kamer van de chip lopen. Zelfs toen ze slechts drie tot vijf kankercellen hadden toegevoegd aan de 5-10 miljard bloedcellen, de chip was in staat om de helft van de tijd alle cellen in het monster te vangen, met een gemiddelde van 73 procent over 10 proeven.

"Dat is het hoogste dat iemand in de literatuur heeft laten zien voor het toevoegen van zo'n laag aantal cellen, ' zei Nagrath.

Het team telde de gevangen kankercellen door ze te labelen met fluorescerende moleculen en ze door een microscoop te bekijken. Door deze tags waren de kankercellen gemakkelijk te onderscheiden van per ongeluk gevangen bloedcellen. Ze groeiden ook borstkankercellen gedurende zes dagen, met behulp van een elektronenmicroscoop om te zien hoe ze zich over de gouden bloemen verspreiden.

"Als je individuele cellen hebt, de hoeveelheid materiaal in elke cel is vaak zo klein dat het moeilijk is om moleculaire testen te ontwikkelen, "Zei Wicha. "Met dit apparaat kunnen de cellen in grotere hoeveelheden worden gekweekt, zodat je gemakkelijker een genetische analyse kunt doen."

De chip kan alvleesklier, borst- en longkankercellen uit patiëntmonsters. Nagrath was verrast dat het apparaat ongeveer vier tumorcellen per milliliter bloed van de longkankerpatiënten kon opvangen, ook al hadden ze de vroege vorm van de ziekte.

Werken in een team dat bestaat uit zowel ingenieurs als medische professionals bij U-M, Nagrath is optimistisch dat de nieuwe techniek over drie jaar de klinieken kan bereiken.

Het artikel is getiteld "Gevoelige opname van circulerende tumorcellen door gefunctionaliseerde grafeenoxide-nanobladen." De universiteit streeft naar octrooibescherming voor het intellectuele eigendom en zoekt naar commercialiseringspartners om de technologie op de markt te helpen brengen.