Onderzoekers van de University of Illinois in Chicago en de Queensland University of Technology of Australia, hebben een apparaat ontwikkeld dat individuele kankercellen kan isoleren uit bloedmonsters van patiënten. Het microfluïdische apparaat werkt door de verschillende celtypen die in het bloed worden aangetroffen te scheiden op basis van hun grootte. Het apparaat kan op een dag snelle, goedkope vloeibare biopsieën om kanker op te sporen en gerichte behandelplannen te ontwikkelen. De bevindingen worden gerapporteerd in het tijdschrift Microsystemen en nano-engineering .

"Met deze nieuwe microfluïdische chip kunnen we kankercellen scheiden van volbloed of minimaal verdund bloed, " zei Ian Papautsky, de Richard en Loan Hill Professor of Bioengineering in het UIC College of Engineering en corresponderende auteur op het papier. "Terwijl er apparaten beschikbaar komen voor het detecteren van kankercellen die in het bloed circuleren, de meeste zijn relatief duur en liggen buiten het bereik van veel onderzoekslaboratoria of ziekenhuizen. Ons apparaat is goedkoop, en vereist niet veel voorbereiding of verdunning van het monster, waardoor het snel en gemakkelijk te gebruiken is."

Het vermogen om kankercellen met succes te isoleren is een cruciale stap in het mogelijk maken van vloeibare biopsie waarbij kanker kan worden opgespoord door middel van een eenvoudige bloedafname. Dit zou het ongemak en de kosten elimineren van weefselbiopten waarbij naalden of chirurgische procedures worden gebruikt als onderdeel van de diagnose van kanker. Vloeibare biopsie kan ook nuttig zijn bij het volgen van de werkzaamheid van chemotherapie in de loop van de tijd, en voor het opsporen van kanker in organen die moeilijk toegankelijk zijn via traditionele biopsietechnieken, inclusief de hersenen en de longen.

Echter, het isoleren van circulerende tumorcellen uit het bloed is geen gemakkelijke taak, omdat ze in extreem kleine hoeveelheden aanwezig zijn. Voor veel kankers circulerende cellen zijn aanwezig in niveaus van bijna één per 1 miljard bloedcellen. "Een buisje bloed van 7,5 milliliter, wat een typisch volume is voor een bloedafname, misschien tien kankercellen en 35-40 miljard bloedcellen, "zei Papautsky. "Dus we zoeken echt een speld in een hooiberg."

Microfluïdische technologieën bieden een alternatief voor traditionele methoden voor celdetectie in vloeistoffen. Deze apparaten gebruiken ofwel markeringen om gerichte cellen vast te leggen terwijl ze voorbij drijven, of ze maken gebruik van de fysieke eigenschappen van doelcellen - vooral de grootte - om ze te scheiden van andere cellen die in vloeistoffen aanwezig zijn.

Papautsky en zijn collega's ontwikkelden een apparaat dat de grootte gebruikt om tumorcellen van bloed te scheiden. "Het gebruik van verschillen in grootte om celtypen in een vloeistof te scheiden is veel gemakkelijker dan affiniteitsscheiding die 'kleverige' tags gebruikt die het juiste celtype vastleggen terwijl het voorbijgaat, "zei Papautsky. "Affiniteitsscheiding vereist ook veel geavanceerd zuiveringswerk waarvoor scheidingstechnieken op grootte niet nodig zijn."

Het apparaat dat Panautsky en zijn collega's ontwikkelden, speelt in op de verschijnselen van traagheidsmigratie en door schuifkracht geïnduceerde diffusie om kankercellen van bloed te scheiden terwijl het door 'microkanalen' gevormd in plastic gaat. "We onderzoeken nog steeds de fysica achter deze verschijnselen en hun interactie in het apparaat, maar het scheidt cellen op basis van kleine verschillen in grootte die de aantrekkingskracht van de cel op verschillende locaties in een vloeistofkolom dicteren terwijl deze beweegt."

Papautsky en zijn collega's 'spikten' 5 milliliter monsters van gezond bloed met 10 kleincellige longkankercellen en lieten het bloed vervolgens door hun apparaat lopen. Ze waren in staat om 93 procent van de kankercellen te herstellen met behulp van het microfluïdische apparaat. Eerder ontwikkelde microfluïdische apparaten die waren ontworpen om circulerende tumorcellen van bloed te scheiden, hadden herstelpercentages tussen 50 en 80 procent.

Toen ze acht bloedmonsters namen van patiënten met de diagnose niet-kleincellige longkanker, ze waren in staat om kankercellen te scheiden van zes van de monsters met behulp van het microfluïdische apparaat.

Naast de hoge efficiëntie en betrouwbaarheid van de apparaten, Papautsky zei dat het feit dat weinig verdunning nodig is een ander pluspunt is. "Zonder te moeten verdunnen, de tijd om monsters te nemen is korter en dat geldt ook voor de voorbereidingstijd." Ze gebruikten volbloed in hun experimenten, evenals bloed dat slechts drie keer was verdund, wat laag is in vergelijking met andere protocollen voor celscheiding met apparaten op basis van traagheidsmigratie.

Papautsky en collega Dr. Alicia Hubert, assistent-professor chirurgie aan het UIC College of Medicine, ontving onlangs een $ 125, 000, eenjarige subsidie ​​van het University of Illinois Cancer Center om een ​​microfluïdica-apparaat te ontwikkelen dat circulerende tumorcellen kan scheiden en DNA kan detecteren van kankercellen in bloed van longkankerpatiënten. Ze zullen bloed gebruiken van patiënten die worden gezien in het University of Illinois Cancer Center om de werkzaamheid van hun prototype-apparaat te testen.