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Ein neuer Chip fängt Cluster von wandernden Tumorzellen ein
Die große Mehrheit der Krebstodesfälle tritt aufgrund von Metastasen auf - wo sich Krebszellen ausbreiten und Sekundärtumore in anderen Teilen des Körpers aufbauen. Jetzt verspricht ein neues Gerät, das sehr seltene Cluster wandernder Krebszellen einfängt, neue Wege, Metastasen zu untersuchen.
Cluster-Chip fängt einen fluoreszenzmarkierten CTC-Cluster ein.
Bildnachweis: Mehmet Toner, BioMicroElectroMechanical Systems Resource Center bei MGH
Eine Art und Weise, in der sich Krebs vom Primärtumor auf andere Teile des Körpers ausbreitet, ist, wenn Tumorzellen abbrechen und durch den Blutstrom wandern. Diese zirkulierenden Tumorzellen (CTCs) sind sehr selten und bewegen sich entweder einzeln oder in Clustern.
Einzelne CTCs treten typischerweise in weniger als 1 zu 1 Milliarde Zellen auf. Es wird angenommen, dass Cluster von CTCs noch seltener sind.
Obwohl wir über CTC-Cluster seit Jahrzehnten wissen, hatten Forscher nicht die Werkzeuge, um diese schwer fassbaren Zellen zu erfassen und ihre Rolle bei der Metastasierung zu untersuchen.
Es hat Fortschritte bei der Entwicklung von Geräten gegeben, die einzelne CTCs erfassen, und dies hat das Interesse an der Erfassung von Clustern erneut geweckt.
Ein Stolperstein bei der Entwicklung der Technologie war das Schlingen der Cluster. Ein Weg, der versucht wurde, ist, auf Proteine ??oder Antigene zu zielen, die die Zellen auf ihren Oberflächen tragen. Aber das hat sich nicht als zufriedenstellend erwiesen, weil CTCs nicht alle die gleiche Uniform tragen - es kann einen großen Unterschied in den Arten von Antigenen geben, die sie tragen.
Das neue Gerät - der so genannte Cluster-Chip - nutzt Mikrofluidtechnologie, um CTCs aus ganzem, unverarbeitetem Blut zu fangen.
Cluster-Chip ist die Idee einer Gruppe um Mehmet Toner, Professor für Chirurgie am Massachusetts General Hospital (MGH) und der Harvard-MIT-Abteilung von Health & Sciences Technology in Boston, MA, die sagt, dass ihr neuer Chip neue Forschung anspornen wird zur CTC-Clusterbiologie:
"Es ist, als würde man einen schlafenden Bären stossen. Es könnte wirklich das Feld wecken, um Cluster zu verfolgen und noch bessere Technologien zu entwickeln, um ihre Biologie bei Krebsmetastasen zu verstehen."
Prof. Toner und seine Kollegen beschreiben ihren neuen Chip, wie er ihn testete, und entdeckten in einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel neue Hinweise zu CTC-Clustern Natur Methoden.
Das National Institute of Biomedical Imaging und Bioengineering (NIBIB), Teil der National Institutes of Health, half bei der Finanzierung der Studie.
CTC-Cluster können häufiger vorkommen als bisher angenommen
Das Team nutzte den neuen Chip, um CTC-Cluster von 60 Patienten mit metastasiertem Brust-, Prostata- und Melanomkrebs zu erfassen und zu analysieren.
Sie fanden CTC-Cluster bei 30-40% der Patienten. Die Cluster reichten von zwei bis 19 Zellen.
Laut Prof. Toner ist das Auffinden von CTC-Clustern bei diesen vielen Patienten ein "bemerkenswerter Befund", der zeigt, dass Cluster häufiger vorkommen, als wir dachten.
Der Chip nutzt die Mikrofluidtechnologie, bei der die Strömungen der winzigen Flüssigkeitsströme durch die Struktur des Chips präzise manipuliert und ausgeglichen werden, um so die Zielpartikel an Ort und Stelle zu halten und nicht zielgerichtete Partikel durchzulassen.
Die Blutprobe des Patienten bewegt sich langsam durch den Chip, der viele Reihen von winzigen dreieckigen Pfählen umfasst, die zu dreien angeordnet sind, so dass zwei Pfähle die Zellen zur Spitze eines dritten Pfahls leiten.
Die Zielpartikel - Cluster von CTCs - werden an der Spitze durch fein abgestimmte Kräftebalancen gehalten, die sie in entgegengesetzte Richtungen der Säule nach unten ziehen. Andere Partikel - wie einzelne CTCs und Blutzellen - gleiten leicht zu beiden Seiten des Pfostens und setzen ihre Reise fort.
Chip nahm 99% der CTC-Cluster von vier oder mehr Zellen auf
Das Team testete die Effizienz des neuen Geräts mithilfe von CTC-Clustern, die aus zwei bis 30 mit Fluoreszenzmarkern markierten Zellen bestanden. Sie zählten die Nummer, die das Gerät schaffte, und die Zahl, die unerkannt durchging.
Ihre Ergebnisse zeigten, dass bei einer Blutflussrate von 2,5 ml / h der Chip 99% CTC-Cluster von vier oder mehr Zellen, 70% von drei oder mehr und 41% von Zwei-Zellen-Clustern einfing.
Ein anderes Maß für die Nützlichkeit einer solchen Vorrichtung ist das Ausmaß, in dem der Erfassungsmechanismus die Integrität der Zellen zerstört oder beibehält, so dass sie untersucht werden können.
Die Forscher notieren, wie sie die CTC-Cluster vor und nach der Erfassung verglichen und festgestellt haben, dass das Gerät ihre Gesamtintegrität nicht beschädigt hat.
Das Team verglich auch die Effizienz des neuen Chips mit zwei anderen Methoden, die ein gewisses Maß an Erfolg bei der Erfassung von CTC-Clustern gezeigt haben: das eine basiert auf einem Filter und das andere - das Prof. Toner entwickelt hat - ebenfalls mit Mikrofluidtechnologie Oberflächenantigene. In beiden Fällen erwies sich der neue Chip als deutlich effizienter.
Die Forscher schlussfolgern, dass ihr neues Gerät - weil es sich auf strukturelle Eigenschaften von CTC-Clustern und nicht auf ihre Größe oder Präsenz von Oberflächenproteinen konzentriert - gut geeignet ist, CTC-Cluster aus einer Reihe von Krebsarten einzufangen, insbesondere solchen, die niemals Oberflächenproteine ??exprimieren - wie Melanom - und diejenigen, die Oberflächenproteine ??verlieren.
Das Team hat auch andere Entdeckungen gemacht. Zum Beispiel fanden sie bei weniger als 5% der Patienten, dass ihre CTC-Cluster sowohl Immunzellen als auch Krebszellen enthielten. Könnte das bei Metastasen signifikant sein? NIBIB-Direktor Dr. Roderic I. Pettigrew bemerkt:
"Angesichts der zunehmenden Zahl von Krebstherapien, die das Immunsystem angreifen, könnte die Fähigkeit, tumorimmune Zellinteraktionen über das Blut zu überwachen, von großem Wert sein."
Dr. Pettigrew fasst die Bedeutung des neuen Geräts zusammen:
"Über CTC-Cluster und ihre Rolle bei der Progression und Metastasierung von Krebs ist nur wenig bekannt. Diese einzigartige Technologie bietet eine aufregende Möglichkeit, diese außergewöhnlich seltenen Zellgruppen für eine weitere Analyse minimal invasiv zu erfassen.Dies ist eine bahnbrechende Technologie, die einen großen Einfluss auf die Krebsforschung haben könnte. "
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