Een nieuw apparaat ontwikkeld aan de Universiteit van Michigan zou een niet-invasieve manier kunnen bieden om de voortgang van een geavanceerde kankerbehandeling te volgen.

Het kan kankercellen uit een bloedmonster halen en ze later laten gaan, verdere tests mogelijk maken die kunnen aantonen of de therapie de patiënt met succes van de gevaarlijkste kankercellen bevrijdt.

Cellen die door tumoren in de bloedbaan worden vrijgegeven, kunnen worden gebruikt om de behandeling van kanker te volgen, maar ze zijn erg moeilijk te vangen, goed voor ongeveer één op een miljard cellen, zegt Sunitha Nagrath, UM assistent-professor chemische technologie.

Nagrath en haar medewerkers pionierden met technologieën om deze cellen uit bloedmonsters te halen. Hun apparaten sloten de cellen op chips gemaakt met grafeenoxide, een enkele laag koolstof- en zuurstofatomen. Maar alle analyses moesten op de chip worden gedaan omdat de cellen stevig vastzaten.

"We kunnen de cellen op de chip laten groeien of ze allemaal samen analyseren, maar onderzoek heeft aangetoond dat kankercellen niet allemaal hetzelfde zijn, "zei ze. "Vandaar, het is belangrijk om cellen individueel te bestuderen, en ons nieuwe apparaat maakt dit mogelijk."

De stamceltheorie van kanker stelt dat recidieven optreden omdat chemotherapie en bestralingstherapie niet erg effectief zijn in het doden van kankerstamcellen, die maar liefst 10 procent van een tumor kan uitmaken. Als resultaat, de achtergebleven kankerstamcellen kunnen de tumor laten groeien of zich naar andere delen van het lichaam verspreiden.

Nieuwe behandelingen in klinische onderzoeken vallen de stamcellen aan, maar het doden van deze kleinere populatie doet de tumor niet meteen krimpen. Artsen hebben een goede manier nodig om te controleren of de kankerstamcellen aan het afnemen zijn. Dit kan mogelijk zijn door middel van bloedonderzoek, maar clinici moeten gevangen cellen afzonderlijk bestuderen, en dat betekent dat ze van de chip moeten worden verwijderd.

"Hoe kunnen we de cel vrijgeven zonder hem te beschadigen - dat is de naam van het spel, " zei Jinsang Kim, U-M hoogleraar materiaalkunde en techniek, die samen met Nagrath het project leidde.

Kim werkt aan ontwerpprincipes voor het maken van kettingachtige moleculen met specifieke mogelijkheden, en zijn team bedachten een oplossing. Zijn groep ontwikkelde een polymeer dat vast is bij kamertemperatuur, maar uit elkaar valt bij een temperatuur die ergens tussen de 40 en 68 graden Fahrenheit kan worden ingesteld.

Het polymeer lost op in water wanneer het interageert met watermoleculen. Bij hogere temperaturen, warmte verbreekt de interacties, zodat het polymeer niet oplost. Apoorv Shanker, een afgestudeerde student in macromoleculaire wetenschappen en techniek, stel het polymeer in om op te lossen bij temperaturen onder 54 graden. Het team mengde de kleine celvangende grafeenoxidevlokken in het polymeer en bouwde de chip in een apparaat om het bloedmonster eroverheen te leiden.

"Het is heel zacht voor de cellen, " zei Nagrath, in tegenstelling tot de lichte temperatuurdaling met andere ontwerpen die afhankelijk zijn van verwarming of enzym-geïnduceerde chemische reacties om de cellen vrij te maken.

Het apparaat kan tot 80 procent van de kankercellen in het eerste bloedmonster opvangen en levend vrijgeven. Vervolgens, de clinici konden de cellen verzamelen in een weefselachtig monster voor conventionele analyse, die het aandeel van gevangen kankercellen dat stamcellen zijn kan onthullen. Alternatief, ze konden afzonderlijke cellen identificeren voor meer gedetailleerde studie, zoals volledige genetische sequencing of tests die bepalen welke medicijnen het meest effectief zijn.

"Omdat het apparaat eenvoudig en kosteneffectief te maken is, grootschalige klinische studies mogelijk zijn, ' zei Kim.

Het onderzoek is gedaan in samenwerking met de groep van Max Wicha, UM hoogleraar oncologie, en de groep van Diane Simeone, hoogleraar chirurgie en moleculaire &integratieve fysiologie.

Het staat beschreven in de krant, "Afstembare thermisch gevoelige polymeer-grafeenoxide-composiet voor efficiënte opname en afgifte van levensvatbare circulerende tumorcellen, " die onlangs verscheen in Advanced Materials.