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Tumorumgebungen im neuen Mikrochip nachgeahmt

Ein Chip, der in der Lage ist, die "Mikroumgebung" eines Tumors zu simulieren, wurde von Forschern der Purdue University in West Lafayette, IN, entwickelt.
Diese Abbildung zeigt das Design eines neuen Chips, der die "Mikroumgebung" eines Tumors simulieren kann, um die Wirksamkeit von Nanopartikeln und Medikamenten gegen Krebs zu testen.
Bildnachweis: Purdue University Foto / Altug Ozcelikkale, Bumsoo Han

Dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler versucht haben, Mikrochip-Technologie zur Untersuchung von Tumoren einzusetzen. Im Jahr 2011 zum Beispiel Medizinische Nachrichten heute berichteten über die Entwicklung eines Mikrochipsensors, der bei einem Patienten neben seinem Tumor implantiert werden kann, um die Aggressivität seines Wachstums zu messen.

Und 2012 hat das Institut für Bioingenieurwissenschaften und Nanotechnologie in Singapur einen Biochip entwickelt, um die Wirkung von Medikamenten auf Krebsstammzellen zu untersuchen.

Die Ingenieure, die den neuen Chip - das so genannte Tumor-Mikro-Environment-on-Chip (T-MOC) -Gerät - entwickelt haben, hoffen, dass damit Forschern die Möglichkeit gegeben wird, die Barrieren zu untersuchen, die die gezielte Abgabe von Krebstherapien verhindern.

Forscherteams untersuchen verschiedene Mechanismen der "gezielten Abgabe", die Tumorgewebe selektiv angreifen können. Eine gegenwärtig untersuchte Liefermethode besteht darin, Nanopartikel zu verwenden, die klein genug sind, um durch die Poren von Blutgefäßen zu gelangen.

Da die Endothelzellen in gesunden Blutgefäßen sauber organisiert sind, mit kleinen Poren in ihren Verbindungsstellen - während die Endothelzellen in Blutgefäßen um Tumore unregelmäßig und unförmig sind, mit größeren Poren - können diese Designer-Nanopartikel in der Lage sein, zwischen den beiden zu unterscheiden.

T-MOC simuliert Tumore und liefert Daten für Nanopartikel, um mit der Umgebung zu verhandeln

Bumsoo Han, Professor an der Purdue University für Maschinenbau, sagt, dass "wenn Nanopartikel so entwickelt würden, dass sie die richtige Größe hätten, könnten sie sich selektiv nur auf den Tumor zubewegen."

Han glaubt, dass das T-MOC-Gerät nützlich sein könnte, um einige der Probleme zu lösen, mit denen Forscher, die sich mit dem Nanopartikel-Ansatz befassen, konfrontiert wurden.

Zum Beispiel besteht ein besonderes Problem, das mit dem Nanopartikel-Ansatz verbunden ist, darin, dass die interstitielle Flüssigkeit in Tumoren einen größeren Druck aufweist als die interstitielle Flüssigkeit, die gesundes Gewebe umgibt. Dieser Druckanstieg reicht aus, um die meisten Mittel zur Wirkstofffreisetzung und Bildgebung zu verdrängen - nur ein kleiner Prozentsatz erreicht den Tumor.

Das T-MOC-Team berichtet, dass sein Gerät in der Lage ist, die Tumorumgebung so genau zu simulieren, dass es detaillierte Daten darüber liefern kann, wie Nanopartikel mit der Umwelt umgehen.

Etwa 4,5 cm2enthält der Chip Kulturen von Tumor- und Endothelzellen in "mikrofluidischen" Kanälen sowie eine "extrazelluläre Matrix" von Kollagen - die Substanz, die zwischen Zellen in lebendem Gewebe gefunden wird.

Da der Chip Krebs im Menschen nachahmen soll, glauben seine Entwickler, dass er eine Alternative sowohl zu Petri-Platten, die die komplexe Tumor-Mikroumgebung nicht reproduzieren können, als auch zur Forschung an Tieren bietet, die nicht immer zeigen, wie potenzielle Behandlungen den Menschen beeinflussen könnten .

Das Purdue-Team testete die Bewegung von Nanopartikeln im Chip mithilfe von menschlichem Brustkrebs und Endothelzellen. Als nächstes wird das Team Krebsmedikamente mit dem Chip untersuchen. In Zukunft können sie T-MOC-Chips verwenden, um Tumorzellen von Patienten zu züchten, die verwendet werden können, um zu beurteilen, wie effektiv spezifische Medikamente bei diesen Patienten sein können.

Die bisherigen Ergebnisse des Teams sind im Internet veröffentlicht Journal der kontrollierten Freigabe.

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