Un dispositivo microfluidico isola singole cellule cancerose da campioni di sangue / Microfluidic device isolates individual cancer cells from blood samples

Un dispositivo microfluidico isola singole cellule cancerose da campioni di sangue / Microfluidic device isolates individual cancer cells from blood samples

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

Dispositivo microfluidico per la separazione delle cellule tumorali. Il diagramma mostra come il dispositivo microfluidico separa le cellule tumorali dal sangue. I cerchi verdi rappresentano le cellule tumorali / Cancer cell separating microfluidic device. Diagram shows how the microfluidics device separates cancer cells from blood. The green circles represent cancer cells. 

Ricercatori negli Stati Uniti ed in Australia hanno sviluppato un dispositivo microfluidico in grado di isolare singole cellule tumorali da campioni di sangue dei pazienti.

Il dispositivo separa i vari tipi di cellule presenti nel sangue in base alle loro dimensioni e potrebbe in futuro consentire biopsie liquide rapide ed economiche, utili per individuare il cancro e sviluppare piani di trattamento mirati. I risultati sono pubblicati su Microsystems & Nanoengineering."Questo nuovo chip microfluidico ci permette di separare le cellule tumorali dal sangue intero o da quello minimamente diluito", ha affermato Ian Papautsky, professore di bioingegneria Richard and Loan Hill presso la Facoltà di Ingegneria dell'Università dell'Illinois a Chicago (UIC) e autore corrispondente dell'articolo. "Sebbene i dispositivi per rilevare le cellule tumorali circolanti nel sangue siano sempre più disponibili, la maggior parte di essi è relativamente costosa e fuori dalla portata di molti laboratori di ricerca od ospedali. Il nostro dispositivo è economico e non richiede una preparazione od una diluizione particolare del campione, il che lo rende rapido e facile da usare".

La capacità di isolare con successo le cellule tumorali è un passaggio cruciale per consentire la biopsia liquida, che consente di rilevare il cancro attraverso un semplice campione di sangue. Ciò eliminerebbe il disagio ed i costi delle biopsie tissutali, che utilizzano aghi o procedure chirurgiche per la diagnosi del cancro. La biopsia liquida potrebbe anche essere utile per monitorare l'efficacia della chemioterapia e per rilevare il cancro in organi difficilmente accessibili con le tecniche di biopsia tradizionali.

Le cellule tumorali circolanti sono presenti in quantità estremamente ridotte. Per molti tumori, le cellule circolanti sono presenti a livelli prossimi a una ogni miliardo di cellule del sangue. "Una provetta di sangue da 7,5 millilitri, che è il volume tipico per un prelievo, potrebbe contenere dieci cellule tumorali e 35-40 miliardi di cellule del sangue", ha affermato Papautsky. "Quindi, stiamo davvero cercando un ago in un pagliaio".

Le tecnologie microfluidiche utilizzano marcatori per catturare le cellule bersaglio mentre fluttuano oppure sfruttano le proprietà fisiche delle cellule bersaglio, principalmente le dimensioni, per separarle dalle altre cellule presenti nei fluidi.

Papautsky ed i suoi colleghi dell'UIC e della Queensland University of Technology hanno sviluppato un dispositivo che sfrutta le dimensioni per separare le cellule tumorali dal sangue. "Utilizzare le differenze dimensionali per separare i tipi di cellule all'interno di un fluido è molto più semplice della separazione per affinità, che utilizza etichette 'adesive' che catturano il tipo di cellula corretto man mano che passa", ha affermato Papautsky. "La separazione per affinità richiede inoltre un notevole lavoro di purificazione avanzato, di cui le tecniche di separazione dimensionale non hanno bisogno".

Si dice che il dispositivo sfrutti i fenomeni di migrazione inerziale e diffusione indotta dal taglio per separare le cellule tumorali dal sangue mentre quest'ultimo passa attraverso "microcanali" formati nella plastica. "Stiamo ancora studiando la fisica alla base di questi fenomeni e la loro interazione nel dispositivo, ma separa le cellule in base a minuscole differenze di dimensioni che determinano l'attrazione della cellula verso varie posizioni all'interno di una colonna di liquido in movimento."

Papautsky ed i suoi colleghi hanno "addizionato" campioni di 5 millilitri di sangue sano con 10 cellule tumorali polmonari a piccole cellule e poi hanno fatto scorrere il sangue attraverso il loro dispositivo. Sono stati in grado di recuperare il 93% delle cellule tumorali utilizzando il dispositivo microfluidico. I dispositivi microfluidici sviluppati in precedenza, progettati per separare le cellule tumorali circolanti dal sangue, avevano tassi di recupero compresi tra il 50% e l'80%.

Analizzando otto campioni di sangue prelevati da pazienti a cui era stato diagnosticato un tumore polmonare non a piccole cellule, sono riusciti a separare le cellule cancerose da sei dei campioni utilizzando il dispositivo microfluidico.

ENGLISH

Researchers in the US and Australia have developed a microfluidic device that can isolate individual cancer cells from patient blood samples.

The device separates the various cell types found in blood by their size and could eventually lead to rapid, cheap liquid biopsies to help detect cancer and develop targeted treatment plans. The findings are reported in Microsystems & Nanoengineering.

"This new microfluidics chip lets us separate cancer cells from whole blood or minimally-diluted blood," said Ian Papautsky, the Richard and Loan Hill Professor of Bioengineering in the University of Illinois at Chicago (UIC) College of Engineering and corresponding author on the paper. "While devices for detecting cancer cells circulating in the blood are becoming available, most are relatively expensive and are out of reach of many research labs or hospitals. Our device is cheap, and doesn't require much specimen preparation or dilution, making it fast and easy to use."

The ability to successfully isolate cancer cells is a crucial step in enabling liquid biopsy where cancer could be detected through a simple blood sample. This would eliminate the discomfort and cost of tissue biopsies which use needles or surgical procedures as part of cancer diagnosis. Liquid biopsy could also be useful in tracking the efficacy of chemotherapy, and for detecting cancer in organs difficult to access through traditional biopsy techniques.

Circulating tumour cells are present in extremely small quantities. For many cancers, circulating cells are present at levels close to one per one billion blood cells. "A 7.5-millilitre tube of blood, which is a typical volume for a blood draw, might have ten cancer cells and 35-40 billion blood cells," said Papautsky. "So, we are really looking for a needle in a haystack."

Microfluidic technologies either use markers to capture targeted cells as they float by, or they take advantage of the physical properties of targeted cells - mainly size - to separate them from other cells present in fluids.

Papautsky and his colleagues at UIC and Queensland University of Technology developed a device that uses size to separate tumour cells from blood. "Using size differences to separate cell types within a fluid is much easier than affinity separation which uses 'sticky' tags that capture the right cell type as it goes by," said Papautsky. "Affinity separation also requires a lot of advanced purification work which size separation techniques don't need."

The device is said to capitalise on the phenomena of inertial migration and shear-induced diffusion to separate cancer cells from blood as it passes through 'microchannels' formed in plastic. "We are still investigating the physics behind these phenomena and their interplay in the device, but it separates cells based on tiny differences in size which dictate the cell's attraction to various locations within a column of liquid as it moves."

Papautsky and his colleagues 'spiked' 5-millilitre samples of healthy blood with 10 small-cell-lung cancer cells and then ran the blood through their device. They were able to recover 93 per cent of the cancer cells using the microfluidic device. Previously-developed microfluidics devices designed to separate circulating tumour cells from blood had recovery rates between 50 per cent and 80 per cent.

When they ran eight samples of blood taken from patients diagnosed with non-small-cell lung cancer, they were able to separate cancer cells from six of the samples using the microfluidic device.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/microfluidic-device-isolates-individual-cancer-cells-from-blood-samples?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic