Улавливание раковых клеток с помощью углеродных нанотрубок
Биоинженер из Гарварда и авиационный инженер из MIT создали новое устройство, способное обнаруживать единичные раковые клетки в образце крови. Это потенциально позволит врачам быстро определять, распространился ли рак за пределы первоначального очага.
Микрофлюидное устройство, описанное в онлайн-выпуске журнала Small от 17 марта, размером с монету и может также обнаруживать вирусы, такие как ВИЧ. В будущем его можно будет разработать в недорогие тесты для врачей в развивающихся странах, где сложно получить доступ к дорогому диагностическому оборудованию, — говорит Мехмет Тонер, профессор биомедицинской инженерии Гарвардской медицинской школы.
Четыре года назад Тонер создал более раннюю версию устройства. В ней кровь пациента протекала мимо десятков тысяч крошечных кремниевых столбиков, покрытых антителами, которые прилипают к опухолевым клеткам. Однако некоторые клетки могли вообще не столкнуться со столбиками.
Тонер предположил, что если сделать столбики пористыми, а не сплошными, клетки смогут протекать прямо сквозь них, что увеличит вероятность прилипания. Для этого он привлек Брайана Уордла, доцента аэронавтики и астронавтики MIT, эксперта по наноинженерии композитных материалов.
В результате сотрудничества появилось новое микрофлюидное устройство, усеянное углеродными нанотрубками, которое собирает раковые клетки в 8 раз эффективнее, чем оригинальная версия.
Захват нанотрубками
Циркулирующие опухолевые клетки (клетки, отделившиеся от исходной опухоли) в норме очень трудно обнаружить, потому что их крайне мало — обычно всего несколько клеток на 1-миллилитровый образец крови, который может содержать десятки миллиардов нормальных клеток крови. Однако обнаружение этих клеток важно для определения метастазирования рака.
«Из всех смертей от рака 90% происходят не из-за первичного очага. Они вызваны опухолями, которые распространились с исходного места», — говорит Уордл.
Углеродные нанотрубки — это крошечные полые цилиндры, стенки которых представляют собой решетки атомов углерода. Их сборки высокопористы: «лес» из углеродных нанотрубок, содержащий от 10 до 100 миллиардов трубок на квадратный сантиметр, состоит менее чем на 1% из углерода и на 99% из воздуха. Это оставляет много места для протекания жидкости.
Команда MIT/Гарварда поместила в микрофлюидное устройство различные геометрические структуры из «леса» нанотрубок. Как и в оригинальном устройстве, поверхность каждой трубки можно покрыть антителами, специфичными к раковым клеткам. Однако поскольку жидкость может проходить сквозь структуры, а не только вокруг них, у целевых клеток или частиц гораздо больше шансов быть пойманными.
Исследователи могут настраивать устройство, прикрепляя к поверхностям нанотрубок разные антитела. Изменение расстояния между элементами из нанотрубок также позволяет захватывать объекты разного размера — от опухолевых клеток диаметром около микрона до вирусов размером всего 40 нм.
Сейчас исследователи начинают работу по адаптации устройства для диагностики ВИЧ. Оригинальное устройство Тонера для обнаружения раковых клеток уже проходит испытания в нескольких больницах и может стать коммерчески доступным в ближайшие несколько лет.
Рашид Башир, директор Лаборатории микро- и нанотехнологий Университета Иллинойса, отмечает, что способность отфильтровывать из образца крови специфические частицы, клетки или вирусы для последующего анализа — это критически важный шаг к созданию портативных диагностических устройств.
«Все, что можно сделать для повышения эффективности захвата, или любой новый подход, позволяющий частицам эффективнее взаимодействовать с поверхностью, поможет в подготовке образцов», — говорит Башир, не входивший в исследовательскую группу.
Источник: MIT News