Носимое устройство захватило раковые клетки из крови

Американские инженеры создали компактное носимое устройство, способное захватывать циркулирующие в крови клетки злокачественной опухоли для анализа. Испытания на собаках показали, что за два часа оно способно захватить сотни клеток, что позволяет адекватно оценить уровень клеток в крови, рассказывают авторы статьи в Nature Communications.

При развитии злокачественной опухоли часть ее клеток может отделяться и попадать в кровеносную или лимфатическую систему. Опасность этих клеток заключается в том, что они, распространяясь по телу, приводят к образованию метастаз. Из-за этого уровень циркулирующих клеток считается важным маркером, позволяющим врачам отслеживать течение болезни и составлять прогноз. Однако такой анализ довольно проблематичен, потому что этих клеток в кровеносной системе очень мало. К примеру, у пациентов с раком груди в образцах крови, как правило, обнаруживают порядка одной клетки на миллилитр крови, а для анализа обычно берут несколько миллилитров. Это количество не позволяет достоверно оценить общее количество циркулирующих клеток опухоли в кровеносной системе.

Инженеры из Мичиганского университета под руководством Дэниэла Хайеса (Daniel Hayes) разработали носимое устройство, которое позволяет повысить комфорт пациента при анализе крови, а главное — увеличить объем анализируемой крови. Распечатанный на 3D-принтере корпус устройства имеет длину семь сантиметров, ширину 5,5 сантиметра и высоту 2,25 сантиметра. Устройство состоит из четырех основных компонентов: перистальтического насоса, микрофлюидного чипа для захвата раковых клеток, инжектора для введения в кровь гепарина, препятствующего свертыванию крови в устройстве, и микроконтроллера для управления.

Микрофлюидный чип, позволяющий захватывать клетки опухоли, состоит из стеклянной подложки, на которую нанесен полидиметилсилоксан и слой золота. Они образуют четыре зигзагообразных канала, в которые из насоса подается кровь. Каналы позволяют захватывать раковые клетки, потому что на слой золота нанесен оксид графена, к которому прикреплены антитела, чувствительные к мембранному белку EpCAM, экспрессируемому клетками рака эпителия. Устройство подключается к кровеносной системе через двойной катетер, позволяющий как забирать кровь, так и возвращать ее обратно в вену.

Авторы провели испытания устройства на собаках, причем как на заранее собранных образцах крови, так и непосредственно с подключением катетера к вене. В качестве модельных клеток исследователи использовали клетки человеческого рака груди MCF-7. Во время испытаний ex vivo они добавляли помеченные флуоресцентными молекулами-маркерами клетки к образцам крови. После этого исследователям удалось обнаружить клетки на каналах микрофлюидного чипа в устройстве. Затем они провели исследования на собаках, введя им клетки внутривенно и подключив устройство через катетер. Во время двухчасового эксперимента авторы собирали по одному миллилитру крови через установленные отрезки времени и набрали шесть миллилитров. Анализ показал, что устройство собрало 762 клетки при прямом подключении к кровеносной системе и 212 клеток при использовании собранных образцов крови.

Инженеры отмечают, что эффективность устройства можно повысить с помощью добавления новых антител на поверхность канала. В течение трех лет они собираются начать испытания устройства на людях. Кроме того, они предполагают, что в будущем его можно будет использовать не только для анализа развития болезни, но и для фильтрации крови, что может помочь в борьбе с распространением метастаз.

Ранее ученые создали микрофлюидный чип, позволяющий разделять лейкоциты и циркулирующие в крови клетки опухолей. Принцип действия чипа основан на том, что из-за различия в массе клетки распределяются в потоке по разным сторонам канала, а затем попадают в два отдельных канала.

Григорий Копиев