In werk dat het begrip van hoe kanker zich verspreidt, zou kunnen verbeteren, een team van ingenieurs en medische onderzoekers van de Universiteit van Michigan heeft een nieuw soort microfluïdische chip ontwikkeld die zeldzame, agressieve kankercellen, kweek ze op de chip en laat op verzoek enkele cellen vrij.

Voor de eerste keer, ze kunnen gemakkelijk twee verschillende 'zuster'-cellen vergelijken - geboren uit dezelfde oorspronkelijke kankercel - om te onderzoeken hoe verschillende genen worden geactiveerd en gedeactiveerd terwijl kankercellen zich delen en verspreiden. Studies met de nieuwe chip zouden ook kunnen uitwijzen waarom sommige kankercellen resistent zijn tegen medicijnen.

Het uiteindelijke doel van het project - geleid door Euisik Yoon, hoogleraar elektrotechniek en informatica - is om uit te zoeken wat de "zelfvernieuwings"-processen aandrijft die deze agressieve kankercellen in staat stellen zich als stamcellen te gedragen.

Deze cellen staan ​​bekend als kankerstamcellen. Ze kunnen zich delen en veranderen in verschillende soorten kankercellen, met verschillende genen aan of uit. Kankeronderzoekers zijn van mening dat als de stengelachtige eigenschappen kunnen worden uitgeschakeld, de kanker kan niet groeien en zich verspreiden.

"Als zich een tumor vormt, sommige kankerstamcellen behouden hun stam, terwijl andere gedifferentieerd zijn. Door dit te begrijpen, we zullen meer weten over tumorvorming en manieren ontdekken om het te remmen, " zei Yu-Chih Chen, een onderzoekswetenschapper in elektrotechniek en informatica en co-eerste auteur van een nieuw gepubliceerd artikel in ACS Nano .

De basis van de nieuwe chip bestaat uit koolstofnanobuisjes bedekt met een plastic coating. Wanneer een kankercel zich op de chip nestelt, het plakt zich aan die coating. Om de cel vrij te geven, de onderzoekers schenen er extreem korte pulsen laserlicht in de buurt. Het licht wordt gemakkelijk geabsorbeerd door de koolstofnanobuisjes, ze flitsend verhitten, terwijl het plastic de cel isoleert.

De hitte zorgt ervoor dat de lucht tussen de nanobuisjes en het plastic uitzet, blaast een bel onder de cel. Wanneer de bel door het plastic barst, de cel komt los. Vervolgens, de cel kan uit de chip worden gespoeld en worden vastgelegd voor genetische profilering.

De meeste bestaande methoden voor het vrijmaken van individuele gevangen kankercellen zijn ofwel schadelijk voor de cellen of kunnen ze niet betrouwbaar uit de chip krijgen. De laser was nauwkeurig genoeg om één kant van een cel los te maken, de andere kant voor anker latend.

En het proces van het loslaten van de bellen was zo zachtaardig dat zelfs oppervlakte-eiwitten op het celmembraan ongedeerd bleven. De oppervlakte-eiwitten zijn een belangrijke niet-destructieve weg voor het identificeren van kankerstamcellen.

Om te beginnen met het onderzoeken van de verschillen in genexpressie tussen zustercellen, het team keek eerst naar een gen genaamd Notch, die wordt geassocieerd met zowel normale als kankerachtige stamcellen. Als Notch tot expressie werd gebracht in de dochtercellen, het was een ruwe indicatie dat de divisie zichzelf vernieuwt. Een Notch-positieve cel zou twee cellen kunnen produceren die hetzelfde gen tot expressie brengen, één Notch-positief en één Notch-negatief, of twee Notch-negatieve cellen.

Hun analyses toonden aan dat Notch niet dient als enige indicator voor de stamachtige eigenschappen van een kankercel. Andere genen geassocieerd met stamcellen kunnen in dochtercellen worden in- of uitgeschakeld met ofwel Notch-expressie.

De taak die kankeronderzoekers wacht, met behulp van de nieuwe chip, is om te identificeren welke van deze genen cruciaal zijn voor het zelfvernieuwende vermogen van een kankerstamcel. Als deze kunnen worden uitgeschakeld, alle kankerstamcellen dwingen om alleen niet-stamcellen te produceren wanneer ze zich delen, het kan mogelijk zijn om het vermogen van een tumor om te groeien en zich te verspreiden te ondermijnen.

"Als we enkele sleutelgenen identificeren, of een potentieel medicijndoelwit, dan kunnen farmaceutische onderzoekers een verbinding ontwikkelen om dit medicijndoelwit te raken, ' zei Chen.

Drugstests inspireerden Yoon om deze chip te ontwikkelen. Op eerdere chips, sommige kankers overleefden behandelingen, en hij wilde deze cellen beter begrijpen.

"Sommige cellen zijn zeer resistent, sommige worden gemakkelijk gedood, " zei Yoon, die ook hoogleraar biomedische technologie is. "We wilden individuele cellen eruit halen na het screenen van medicijnen en kijken naar hun genetische profielen om te zien of we kunnen zien wat kankercellen stamachtig maakt."

Toekomstige experimenten zouden kunnen leiden tot wat sommige kankeronderzoekers "functionele genezingen, " vergelijkbaar met de behandeling van HIV. De kanker hoeft niet per se uitgeroeid te worden. Het stoppen van de verspreiding van de kanker kan voldoende zijn om een ​​kankerpatiënt in staat te stellen een gezond leven te leiden.

Dit werk wordt gerapporteerd in een paper met de titel "Selectieve fotomechanische onthechting en ophalen van verdeelde zustercellen uit ingesloten microfluïdica voor stroomafwaartse analyses."