Il nuovo dispositivo può rilevare il cancro in una sola goccia di sangue
Alcuni tipi di cancro, come il cancro ovarico, tendono a rimanere inosservati fino a quando non sono troppo avanzati perché il trattamento sia efficace. Ora, uno strumento innovativo potrebbe essere in grado di rilevare il cancro facilmente, rapidamente e in minuscole quantità di sangue.
Nel tentativo di trovare un modo semplice ed efficace per identificare i tumori difficili da diagnosticare, i ricercatori dell'Università del Kansas (KU) a Lawrence, il KU Cancer Center e il KU Medical Center di Kansas City hanno ora sviluppato un rilevamento del cancro ultrasensibile dispositivo.
Il dispositivo, che è chiamato "chip microfluidico 3-D-nanopattern", è in grado di rilevare con successo i marcatori del cancro nella più piccola goccia di sangue o in un componente del sangue chiamato plasma.
L'autore principale Yong Zeng, professore associato di chimica presso KU, e il suo team descrivono come funziona il nuovo strumento in un documento che la rivista Ingegneria biomedica della natura ha pubblicato.
Questo dispositivo, spiegano gli scienziati, identifica e diagnostica il cancro “filtrando” gli esosomi, che sono minuscole vescicole prodotte da alcune cellule eucariotiche.
Nel caso delle cellule tumorali, gli esosomi contengono informazioni biologiche che possono dirigere la crescita e la diffusione del tumore.
"Storicamente, le persone pensavano che gli esosomi fossero come" sacchi della spazzatura "che le cellule potevano utilizzare per scaricare i contenuti cellulari indesiderati", spiega Zeng. "Ma, negli ultimi dieci anni", aggiunge, "gli scienziati si sono resi conto che erano abbastanza utili per inviare messaggi alle cellule riceventi e comunicare informazioni molecolari importanti in molte funzioni biologiche".
“Fondamentalmente, i tumori inviano esosomi che confezionano molecole attive che rispecchiano le caratteristiche biologiche delle cellule parentali. Sebbene tutte le cellule producano esosomi, le cellule tumorali sono molto attive rispetto alle cellule normali ", osserva Zeng.
Uno strumento diagnostico ad alta sensibilità
Il nuovo dispositivo è uno strumento di nanoingegneria tridimensionale con un motivo a spina di pesce che "pettina" gli esosomi, spingendoli a entrare in contatto con la superficie del chip dello strumento per l'analisi. Questo processo è chiamato "trasferimento di massa".
"Le persone hanno sviluppato idee intelligenti per migliorare il trasferimento di massa nei canali in microscala, ma quando le particelle si avvicinano alla superficie del sensore, vengono separate da un piccolo spazio di liquido che crea una resistenza idrodinamica crescente", osserva Zeng.
"Qui, abbiamo sviluppato una struttura a spina di pesce nanoporosa tridimensionale che può drenare il liquido in quella fessura per portare le particelle a stretto contatto con la superficie dove le sonde possono riconoscerle e catturarle", spiega ulteriormente.
Per sviluppare questo dispositivo all'avanguardia, Zeng e il team hanno collaborato con Andrew Godwin, esperto di biomarcatori tumorali e attuale vicedirettore del KU Cancer Center.
Per testare l'efficacia del chip, i ricercatori hanno utilizzato campioni clinici di individui con cancro ovarico, un tipo di cancro notoriamente difficile da rilevare.
In tal modo, il team ha scoperto che il chip era in grado di rilevare la presenza di questo cancro anche nella più piccola quantità di plasma.
"I nostri studi collaborativi continuano a dare frutti e a far progredire un'area cruciale nella ricerca sul cancro e nella cura del paziente, vale a dire, strumenti innovativi per la diagnosi precoce", afferma Godwin, sottolineando che "Questa area di studio è particolarmente importante per i tumori come l'ovaio, dato che la stragrande maggioranza delle donne viene diagnosticata in una fase avanzata quando, purtroppo, la malattia è per la maggior parte incurabile ".
Molteplici applicazioni cliniche
I ricercatori sono anche entusiasti del fatto che il nuovo dispositivo sia facile da realizzare, oltre ad essere economico da produrre, il che significa che potrebbe essere possibile un'ampia distribuzione senza aumentare i costi per il paziente.
"Quello che abbiamo creato qui è un metodo di nanopatterning 3-D senza la necessità di apparecchiature di nanofabbricazione fantasiose - uno studente universitario o anche uno studente di scuola superiore può farlo nel mio laboratorio", osserva Zeng.
"Questo è così semplice ea basso costo che ha un grande potenziale da tradurre in contesti clinici", sottolinea, spiegando che il team "[ha] collaborato con il Dr. Godwin e altri laboratori di ricerca presso il KU Cancer Center e le bioscienze molecolari dipartimento per esplorare ulteriormente le applicazioni traslazionali della tecnologia. "
Ancora più importante, Zeng e colleghi sostengono che questo dispositivo innovativo è, in linea di principio, molto adattabile. Credono che in futuro i medici potrebbero usarlo per diagnosticare molte diverse forme di cancro, così come altre malattie.
"Ora stiamo esaminando modelli di colture cellulari, modelli animali e anche campioni clinici di pazienti, quindi stiamo davvero facendo una ricerca traslazionale per spostare il dispositivo dall'ambiente di laboratorio ad applicazioni più cliniche", afferma il ricercatore capo.
“Quasi tutte le cellule dei mammiferi rilasciano esosomi, quindi l'applicazione non è limitata solo al cancro ovarico oa qualsiasi tipo di cancro. Stiamo lavorando con persone per esaminare le malattie neurodegenerative, i tumori della mammella e del colon-retto, ad esempio. "
Yong Zeng
