Технология «опухоль на чипе» открывает новое направление

Двухлетнее сотрудничество лабораторий Чан и Рошло в Институте биоматериалов и биомедицинской инженерии (IBBME) привело к созданию новой скрининговой платформы на основе микрофлюидики. Она может точно предсказать поведение наночастиц в живом организме.

Наночастицы (размером от 10 до 100 нанометров) рассматриваются как потенциально мощный инструмент для персонализированного лечения рака. Их можно использовать для визуализации опухолей или доставки химиотерапевтических препаратов непосредственно к раковым клеткам с большей эффективностью и меньшими побочными эффектами.

Однако, как объяснил соавтор исследования, опубликованного в Nature Communications, доцент Джонатан Рошло, новая платформа заполняет очевидные пробелы в текущих исследованиях. Часто поверхности наночастиц модифицируют, чтобы они прилипали к определённым клеткам, что хорошо работает в культурах в чашках Петри.

«Мы показали, что наночастицы сталкиваются с клеточной массой и настолько сильно прилипают к внешним клеткам, что не могут проникнуть в ткань. Это заставляет задуматься о другом подходе к дизайну наночастиц», — заявил Рошло.

До сих пор, помимо культур в чашках Петри, единственным другим методом изучения наночастиц были испытания на живых моделях. Но, как объяснил ведущий автор, аспирант Алекс Албанезе: «Если бы мы вводили наночастицы мышам, это было бы похоже на запуск бумажного самолётика с завязанными глазами. Мы видим, где он приземлился, но не уверены в траектории полета». И до сих пор не было «золотой середины».

Именно эту «середину» создали Албанезе и его соавтор, доктор Алан Лам. Исследователи поместили живые сфероидные ткани (имитирующие свойства раковых опухолей) в крошечную камеру длиной в дюйм, через которую постоянно протекал солевой раствор. Это позволило изучать сфероиды в условиях, подобных опухолевым. Затем в камеру вводили флуоресцентные наночастицы, что позволило измерить, сколько частиц проникло в ткань, где они накапливались и как скорость потока жидкости влияла на их движение.

Эксперименты предсказали поведение наночастиц в более крупных живых моделях, причём результаты были доступны в течение часа, а не недель.

«"Опухоль на чипе" позволяет нам подсмотреть за бумажными самолётиками до того, как они приземлятся», — описал процесс Албанезе.

Хотя это первый случай использования микрофлюидной платформы для изучения воздействия наночастиц на живую опухолевую ткань, исследователей удивило, насколько эта технология может упростить скрининг и лечение рака.

«Биоптаты можно вырастить в такие ткани и поместить в канал. Затем мы сможем выяснить, какие наночастицы работают, и ввести их пациентам», — объяснил Рошло.

Авторы признают, что между этим предварительным исследованием и будущими работами, которые смогут усовершенствовать дизайн наночастиц и проверить их эффективность для разных опухолей, органов и всего организма, ещё огромная дистанция.

«Компьютеры прошли долгий путь с 1960-х годов. Сейчас мы всё ещё в 1960-х годах персонализированной медицины», — считает Албанезе.

Для Рошло это исследование указывает на прорыв в подходе к решению сложных биомедицинских задач.

«Уникальность этого проекта — в его междисциплинарности. Очень разные методы и инструменты объединились для решения проблемы. Этот проект не состоялся бы без опыта двух уникальных людей и лабораторий и их упорства», — заключил он.