«Искусственная» молочная железа для улучшения тестирования наночастиц

Исследователи из Университета Пердью воспроизвели части женской молочной железы в крошечной модели размером со слайд, названной «грудь-на-чипе». Она будет использоваться для тестирования подходов на основе наночастиц для обнаружения и лечения рака молочной железы. Модель имитирует разветвленную систему млечных протоков, где начинается большинство видов рака груди, и будет служить «инженерным органом» для изучения использования наночастиц для обнаружения и нацеливания на опухолевые клетки внутри протоков.

Команду исследователей, создавшую модель, возглавили Софи Лелиевр и Джеймс Лири. Подробности их работы опубликованы в журнале Integrative Biology.

«Мы знали, что лучший способ рано обнаружить этот рак и эффективно его лечить — это проникнуть внутрь млечных протоков, чтобы оценить и лечить клетки напрямую, и это первый шаг в этом направлении», — сказала доктор Лелиевр. Конечная цель проекта — ввести магнитные наночастицы через отверстия в соске, использовать магнитное поле для их направления через протоки, где они прикрепятся к раковым клеткам, а затем обратить магнитное поле, чтобы извлечь любые избыточные наночастицы. По словам доктора Лири, наночастицы могут нести контрастные агенты для улучшения маммографии, флуоресцентные маркеры для помощи хирургам или противораковые агенты для лечения.

Ранее врачи пытались получить доступ к млечным протокам через сосок, вводя жидкие растворы, чтобы вымыть клетки для обследования и диагностики рака. Однако этот подход мог достичь только первой трети груди из-за давления жидкости в протоках, которые разветвляются и становятся всё меньше по мере приближения к железам, производящим молоко. «Идея в том, что наночастицы с магнитным ядром могут плыть через естественную жидкость в протоках и притягиваться магнитом, а не выталкиваться под давлением», — пояснил доктор Лири. «Мы думаем, они смогут достичь самой дальней части протоков, где, как считается, возникает большинство видов рака груди. Конечно, мы находимся на самых ранних стадиях, и необходимо провести множество тестов».

Такие тесты невозможно провести на стандартных моделях, где клетки растут на плоской поверхности в пластиковой чашке, поэтому команда создала искусственную органоподобную модель, в которой живые клетки выстилают трёхмерную реплику самых мелких участков млечных протоков. Группа доктора Лири использовала стандартные литографические техники для создания формы разветвленных каналов из резиноподобного материала полидиметилсилоксана. Длина каналов около 5 миллиметров, диаметр варьируется от 20 до 100 микрон (примерно диаметр человеческого волоса), что соответствует параметрам у окончаний системы млечных протоков. Затем доктор Лелиевр, чья группа — одна из немногих в мире, способных успешно выращивать сложные клетки, выстилающие млечные протоки, добилась их роста внутри формы и поведения, как в реальной человеческой груди.

«Клетки в протоковой системе груди имеют очень специфическую организацию, которую сложно воспроизвести в лаборатории», — сказала доктор Лелиевр. «У клеток разные стороны: одна должна быть обращена к стенке протока, а другая — к внутреннему каналу. Воспроизвести такое поведение очень сложно, и раньше этого никогда не удавалось достичь на искусственной структуре».

Команда покрыла форму белковым веществом ламинин 111 в качестве основы для клеток, что позволяет им прикрепляться к форме и вести себя, как в организме. Поскольку введение хрупких клеток в готовые каналы формы наносило слишком много повреждений, команда создала съёмную верхнюю часть для каналов. «Конструкция U-образных каналов и верхней части была необходима для успешного нанесения клеток, но также позволяет нам быстро и легко вносить изменения для разных тестов», — объяснила она. «Мы можем легко вносить изменения среди клеток или вставлять несколько опухолевых клеток, чтобы проверить способность наночастиц их распознавать. Конструкция также упрощает оценку результатов, так как вся модель помещается под микроскоп».

Эта работа подробно описана в статье «Breast on-a-chip: mimicry of the channeling system of the breast for development of theranostics». Аннотация доступна на сайте журнала.