“Labyrinth” device sorts cancer cells from healthy blood / Il dispositivo "labirinto" separa le cellule tumorali dal sangue sano

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Blood flows through the labyrinth chip, quickly separating red and white blood cells from cancer cells. / Il sangue scorre attraverso il chip di labirinto, separando rapidamente i globuli rossi e bianchi dalle cellule tumorali.

Microfluidic chip could assist in the design of personalized, targeted therapy
Microfluidics — the phenomenon that underlies ‘lab-on-a-chip’ technologies — has long been of interest to medicine. Its ability to pass samples of fluids through channels containing compounds that bind to specific chemical groups or regions on chemicals in the sample make it potentially useful both in diagnosing diseases from body fluid samples taken from patients and in testing the activity of potential drug molecules. A team from the University of Michigan at Ann Arbor has now devised a microfluidic chip with another use — separating circulating cancer cells in blood samples.
Circulating cancer cells break off from malignant tumors and roam through the body. They may latch on to other tissues and grow into new tumours, but they also might be important to treating the original cancer: if they could be isolated and studied, doctors could design a targeted drug therapy for the individual patient; monitor the cancer for genetic changes, and gain an early warning that the disease is about to spread. But the cells are elusive; they only account for a tiny proportion of blood cells, and they can transform into a type of drug-resistant stem cell while traveling through the bloodstream, making the usual method for targeting and grabbing cells — using enzymes that bind to proteins on the cell surface — unreliable.
“You cannot put a box around these cells,” said Michigan chemical engineer Sunitha Nagrath, who co-led the microfluidic research along with oncologist Max Wicha, a pioneer in the use of cancer stem cells in therapy.
Microfluidics has been used in attempts at circulating cancer cell separation before, sending blood samples into a spiral-shaped channel etched into a chip. This was thought to be a good option because the cells are larger than healthy blood cells, but it proved to be imprecise; white blood cells tended to contaminate the separated cancer stem cell samples.
In a paper in the journal Cell Systems, Nagrath describes a chip featuring a much more tortuous and labyrinthine variation of the spiral path for the sample to take. Each time the path curves, eddies are generated in the flow which pushes particles in the sample away from the wall, with small particles pushed nearer the wall than larger ones. “Bigger cells, like most cancer cells, focus pretty fast due to the curvature. But the smaller the cell is, the longer it takes to get focused,” Nagrath said. “The corners produce a mixing action that makes the smaller white blood cells come close to the equilibrium position much faster.”

Nagrath’s chip packs a path six times longer than the conventional spiral into the same area, with many more corners. The number of white blood cells contaminating the resulting cancer stem cell sample was reduced tenfold from the spiral-chip method, and could be reduced further by running the sample through another labyrinth — a fast process, because there is no need to wait for the cells to bind to a targeting protein.
“We think that this may be a way to monitor patients in clinical trials,” Wicha said. “Rather than just counting the cells, by capturing them, we can perform molecular analysis so know what we can target with treatments.” He is already testing the device in a clinical trial with patients suffering from an aggressive form of breast cancer, trying to determine whether blocking interleukin-6, a protein involved in the normal healing process could help prevent the circulating cells from changing into a stem-cell-like state, which is part of the mechanism of cancer spread.

ITALIANO

Il chip microfluidico potrebbe aiutare nella progettazione di una terapia personalizzata e mirata
Microfluidica - il fenomeno che si basa sulle tecnologie "lab-on-a-chip" - è da tempo interessato alla medicina. La sua capacità di passare campioni di fluidi attraverso canali che contengono composti che si legano a gruppi chimici specifici o regioni sulle sostanze chimiche presenti nel campione, lo rendono potenzialmente utile sia nella diagnosi di malattie provenienti da campioni di fluidi corporei prelevati da pazienti sia nella sperimentazione dell'attività delle molecole di farmaci potenziali. Un gruppo dell'Università del Michigan di Ann Arbor ha ora ideato un chip microfluidico con un altro uso - separando le cellule tumorali circolanti nei campioni di sangue.
Le cellule tumorali circolanti si staccano da tumori maligni e vagano attraverso il corpo. Possono bloccarsi in altri tessuti e crescere in nuovi tumori, ma potrebbero anche essere importanti per il trattamento del cancro originale: se potessero essere isolate e studiate, i medici potrebbero progettare una terapia mirata di farmaci per il singolo paziente; monitorare il cancro per i cambiamenti genetici e ottenere un avviso precoce che la malattia sta per diffondersi. Ma le cellule sono sfuggenti; essi rappresentano solo una minima percentuale di cellule del sangue e possono trasformarsi in un tipo di cellule staminali resistenti ai farmaci mentre si muovono attraverso il flusso sanguigno, facendo il solito metodo di targeting e di afferrare le cellule - utilizzando enzimi che si legano alle proteine ​​sulla superficie cellulare - inaffidabile.
"Non puoi mettere una casella attorno a queste celle", ha detto l'ingegnere chimico del Michigan, Sunitha Nagrath, che ha co-condotto la ricerca microfluidica con il oncologo Max Wicha, un pioniere nell'uso delle cellule staminali nella terapia del cancro .
Microfluidica è stata utilizzata nei tentativi di utilizzare la circolazione per la separazione delle cellule tumorali prima, inviando campioni di sangue in un canale a forma di spirale inciso in un chip. Questo è stato pensato come una buona opzione perché le cellule sono più grandi delle cellule del sangue sane, ma si è rivelato impreciso; le cellule del sangue bianco tendevano a contaminare i campioni separati di cellule staminali del cancro.
In un articolo della rivista Cell Systems, Nagrath descrive un chip che presenta una variante molto più tortuosa e labirintica del percorso a spirale per il campione da prendere. Ogni volta che il percorso si curva, vengono generate variazioni nel flusso che spinge le particelle nel campione lontano dalla parete, con piccole particelle spinte più vicine alla parete rispetto a quelle più grandi. "Le cellule più grandi, come la maggior parte delle cellule tumorali, si concentrano abbastanza velocemente a causa della curvatura. Ma minore è la cellula, più ci vuole per concentrarsi ", ha detto Nagrath. "Gli angoli producono un'azione di miscelazione che rende i più piccoli globuli bianchi vicini alla posizione dell'equilibrio molto più veloce".

Il chip di Nagrath ha sviluppato un percorso sei volte più lungo della spirale convenzionale nella stessa area, con molti altri angoli. Il numero di globuli bianchi che contaminano il campione di cellule staminali del cancro è stato ridotto dieci volte dal metodo a spirale e potrebbe essere ulteriormente ridotto eseguendo il campione attraverso un altro labirinto - un processo veloce, perché non c'è bisogno di aspettare le cellule per legarsi a una proteina di targeting.
"Pensiamo che questo possa essere un modo per monitorare i pazienti in studi clinici", ha detto Wicha. "Piuttosto che contare le cellule, catturandole, possiamo eseguire analisi molecolari in modo da sapere che cosa possiamo mettere in contatto con i trattamenti". Sta già testando il dispositivo in uno studio clinico con pazienti affetti da una forma aggressiva di cancro al seno, cercando di determinare se bloccare l'interleuchina-6, una proteina coinvolta nel normale processo di guarigione che potrebbe aiutare a impedire che le cellule circolanti si trasformino in uno stato simile a quello delle cellule staminali, che fa parte del meccanismo di diffusione del cancro.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/microfluidic-labyrinth-sorts-cancer-healthy-blood/?cmpid=tenews_4012867&adg=CA40D8F0-63B9-4BE1-90A0-3379B1DDE40E