Wykrywanie komórek nowotworowych we krwi: rozwój mikroprzepływowych urządzeń z matrycą mikrostożków
Krążące komórki nowotworowe (CTC, ang. circulating tumor cells) to komórki, które oderwały się od guza pierwotnego i przedostały się do krwiobiegu, gdzie mogą docierać do innych narządów i tworzyć przerzuty. Ich wykrywanie i dalsza charakterystyka mają kluczowe znaczenie dla wczesnej diagnostyki i leczenia wielu nowotworów. Niestety, efektywne wyizolowanie CTC z krwi pozostaje poważnym wyzwaniem technologicznym.
Postępy w technologiach mikro- i nanofabrykacji oraz rozwój nowych materiałów polimerowych doprowadziły do powstania mikroprzepływowych układów analitycznych umożliwiających wykrywanie CTC. W ostatnich latach wykazano, że zastosowanie przeciwciał jako cząsteczek wychwytujących pozwala na skuteczne zatrzymywanie CTC w takich systemach. Jednakże precyzyjne umieszczanie przeciwciał w określonych miejscach mikrourządzeń wymaga złożonych reakcji chemicznych, co znacząco podnosi koszt ich produkcji na dużą skalę.
Aby stworzyć opłacalną platformę do wychwytu CTC z krwi, zespół badaczy pod kierownictwem prof. Masumiego Yamady z Graduate School of Engineering Uniwersytetu Chiba (Japonia) opracował nowatorskie mikroprzepływowe urządzenia zawierające matrycę mikrostożków o rozmiarach porównywalnych z komórkami. W badaniach uczestniczyli także Yuhei Saito z Graduate School of Science and Engineering Uniwersytetu Chiba oraz dr Shuhei Aoyama z Denka Innovation Center, Denka Co., Ltd. Wyniki ich pracy opublikowano 28 maja 2025 roku w czasopiśmie Lab on a Chip.
W początkowej fazie badacze zastosowali arkusze poliwęglanu (PC) z matrycą mikrostożków o nanometrycznej chropowatości, wykonane z użyciem termicznej litografii nanoimprintowej (T-NIL), czyli technologii formowania struktur przy wykorzystaniu wysokiej temperatury. T-NIL umożliwiła stworzenie mikrostożków o wielkości około 30 mikrometrów, ułożonych w regularnym wzorze heksagonalnym. Dzięki specyficznym właściwościom powierzchni, zarówno chemicznym, jak i morfologicznym, tak zmodyfikowane arkusze PC efektywnie wiązały i adsorbowały przeciwciała.
Aby uzyskać funkcjonalne mikrourządzenie, naukowcy pokryli powierzchnię arkuszy PC przeciwciałami skierowanymi przeciwko ludzkiej cząsteczce adhezyjnej nabłonka (EpCAM), co umożliwiło selektywny wychwyt komórek nowotworowych. Następnie arkusze zostały umieszczone między płytką a szkiełkiem, tworząc kanały mikroprzepływowe. „Aby zbadać wpływ orientacji mikrostożków na skuteczność wychwytu komórek nowotworowych, kontrolowaliśmy kąty ułożenia matrycy mikrostożków w szczelinach mikroprzepływowych” – wyjaśnia prof. Yamada.
W przeprowadzonych eksperymentach urządzenie wykazało wysoką selektywność w wychwytywaniu komórek raka piersi (MCF-7) i raka płuc (A549) z próbek krwi. Co szczególnie istotne, w układach, w których kąty orientacji mikrostożków wynosiły 15° lub 30°, skuteczność wychwytu komórek MCF-7 przekraczała 90%, nawet przy dużych szybkościach przepływu. Wyniki te potwierdzają, że sposób ułożenia mikrostożków ma kluczowe znaczenie dla efektywności urządzenia diagnostycznego.
Dla podkreślenia możliwości klinicznych systemu, zespół przeprowadził badanie immunofluorescencyjne, wykorzystując barwniki fluorescencyjne do detekcji specyficznych białek. Pomimo zastosowania wielu odczynników, komórki nowotworowe pozostały uwięzione w kanałach mikroprzepływowych, nie ulegając wypłukaniu. Podczas obserwacji w świetle fluorescencyjnym komórki nowotworowe były wyraźnie odróżnialne od komórek prawidłowych.
Prof. Yamada podsumowuje: „Istnieje wiele metod wykrywania nowotworów, ale od dawna wyzwaniem pozostaje wykrycie komórek nowotworowych z wysoką czułością przy użyciu minimalnie inwazyjnych technik. Mamy nadzieję, że nasz system mikroprzepływowy umożliwi wykorzystanie nawet prostych testów krwi do wczesnego wykrywania nowotworów. Urządzenie to może także znaleźć zastosowanie w monitorowaniu skuteczności terapii oraz nawrotów choroby.”
Podsumowując, zaprezentowane badania ukazują prosty, niedrogi i bardzo czuły system diagnostyczny do wykrywania krążących komórek nowotworowych we krwi. Innowacyjna matryca mikrostożków może wkrótce znaleźć zastosowanie w rutynowej diagnostyce onkologicznej.
Źródło: Lab on a Chip, Enhancing cancer cell immunocapture on orientation-controlled nanoimprinted microcone arrays in microgap channels
DOI: http://dx.doi.org/10.1039/d5lc00143a
