Een tweejarige samenwerking tussen de Chan en de Rocheleau-labs van het Institute of Biomaterials &Biomedical Engineering (IBBME) heeft geleid tot de ontwikkeling van een nieuw screeningplatform voor microfluïdica dat nauwkeurig kan voorspellen hoe nanodeeltjes zich in een levend lichaam zullen gedragen.

Nanodeeltjes worden door wetenschappers gezien als een potentieel krachtig hulpmiddel voor gepersonaliseerde kankerbehandelingen. De kleine deeltjes, variërend in grootte van 10 tot 100 nanometer (ergens in grootte tussen een groot eiwit tot een klein virus), kan worden ingezet om tumoren te schetsen of om chemotherapiemedicijnen rechtstreeks aan kankercellen te leveren met meer potentie en minder bijwerkingen dan reguliere toedieningsmethoden.

Maar universitair hoofddocent Jonathan Rocheleau, kernfaculteit van het Institute of Biomaterials &Biomedical Engineering (IBBME), kruisbenoemd bij de departementen Fysiologie en Geneeskunde, Division of Endocrinology &Metabolism en een corresponderende auteur van de studie die vorige week in Nature Communications werd gepubliceerd, legde uit dat het nieuwe platform enkele van de in het oog springende gaten in het huidige nanotechnologische onderzoek vult.

Vaak, de oppervlakken van deze kleine deeltjes worden behandeld om ze aan bepaalde cellen te laten kleven, een effect dat de neiging heeft om heel goed te werken bij het bestuderen van de deeltjes in petrischaalculturen. "Wat we lieten zien was dat de nanodeeltjes een celmassa ontmoeten en zo sterk aan de buitenste cellen plakken, ze kunnen niet in het weefsel doordringen. Het doet je denken aan het op een andere manier ontwerpen van je nanodeeltjes, ’, aldus Rocheleau.

Afgezien van petrischaalculturen, live testen is de enige andere methode geweest om de bewegingen en interacties van nanodeeltjes met celmassa's te bestuderen. Maar als een van de hoofdauteurs van het artikel, Promovendus Alex Albanese, uitgelegd, "Als we nanodeeltjes in muizen zouden injecteren, zou het zijn alsof we geblinddoekt een papieren vliegtuigje zouden gooien. We zien waar het landt, maar we zijn niet echt zeker van het vluchtpatroon."

En tot nu toe, er is geen middenweg geweest.

'Middle ground' is precies wat Albanees en co-auteur, Dr. Alan Lam, een recent afgestudeerde van IBBME, hebben ontworpen. De onderzoekers plaatsten levende sferoïde weefsels, weefsels die de eigenschappen van kankergezwellen nabootsen, in een kleine, inch-lange kamer waardoor constant een zoutoplossing stroomde. Door de stromende vloeistof konden de onderzoekers de sferoïden bestuderen in omgevingen die vergelijkbaar zijn met die in tumoren. Fluorescerende nanodeeltjes werden vervolgens in de kamer geïnjecteerd, waardoor het team kan meten hoeveel van de nanodeeltjes het weefsel zijn binnengedrongen, waar ze zich verzamelden, en het effect van de snelheid van de vloeistof op de bewegingen van het nanodeeltje.

De experimenten voorspelden hoe de nanodeeltjes zich zouden gedragen in grotere, levende modellen, met resultaten binnen een uur in plaats van weken.

"De tumor-on-a-chip stelt ons in staat om een ​​kijkje te nemen in de papieren vliegtuigjes voordat ze landen, ’ beschreef Albanees.

Hoewel dit pas de eerste keer is dat het technologieplatform voor microfluïdica is gebruikt om de effecten van nanodeeltjes op levend tumorweefsel te bestuderen, de onderzoekers waren verbaasd over hoe eenvoudig de technologie kankerscreening en -behandeling mogelijk kan maken.

"In deze weefsels kunnen biopsieën worden gekweekt en in het kanaal worden geplaatst. Dan kunnen we uitzoeken welke nanodeeltjes werken en die in patiënten plaatsen, ’ legde Rocheleau uit.

De auteurs van de studie geven toe dat er nog steeds een grote afstand is tussen deze voorstudie en toekomstige studies die het ontwerp van de nanodeeltjes kunnen perfectioneren, evenals hun werkzaamheid bij verschillende tumorweefsels, organen en het hele lichaam.

"Computers hebben een lange weg afgelegd sinds de jaren zestig. Op dit moment, we zijn nog steeds in de jaren zestig van gepersonaliseerde geneeskunde, ’, betoogde Albanees.

Voor Rocheleau, Hoewel, de studie wijst op een doorbraak in de manier waarop onderzoekers complexe biomedische uitdagingen aanpakken.

"Wat dit project uniek maakt, is hoe multidisciplinair het is, " zei hij. "Dit zijn heel verschillende technieken en hulpmiddelen die samenkomen om een ​​probleem aan te pakken, en dit project zou niet hebben plaatsgevonden zonder de expertise van twee unieke mensen en laboratoria, en hoe lang ze het volhielden."