使用声波检测稀有癌细胞

癌细胞通常不会摆脱原始位置并通过血液循环,使它们能够在身体其他地方形成新的肿瘤。检测这些细胞可以给医生提供一种新的方法来预测患者的肿瘤是否会转移,或监测它们如何应对治疗,但发现这些极稀有的细胞已被证明是挑战,因为在1-中可能只有一到10个这样的细胞。1-毫米患者血液的样本。

来自麻省理工学院,宾州州立大学和卡内基梅隆大学的工程师团队正在开发一种孤立这些细胞的新方法:使用声波将它们与血细胞分离。

他们的新手机排序设备比他们在去年首次报告的原始版本速度快20倍,接近使其有用的速度可以用于测试患者血液样本。研究人员还证明了该装置可以成功捕获来自患者样品的循环肿瘤细胞,这可以实现许多临床应用以及这些细胞如何逃离原始肿瘤部位的基本研究。

MIT材料科学与工程系的主要研究科学家Ming Dao; Carnegie Mellon主席和MIT,Vannevar Bush教授的工程学教授和工程前院长的亚瑟群集萨尔什和工程师的前院长;宾夕法尼亚州工程科学教授的托尼君黄是一个描述该装置的纸张的高级作者 国家科学院的诉讼程序 the week of April 6.

研究团队还包括领导作者,彭丽,宾夕法尼亚州的博士; Zhangli Peng,这是一个现在是Notre Dame大学助理教授的前麻省理工学院博士;宾夕法尼亚州Hershey Cancer Institute的医学教授Joseph Drabick等。

温和的细胞分离

大多数现有的细胞分类技术要求将细胞标记为化学物质或将它们暴露于可能损坏它们的强机械力。研究人员使用声波对单元格进行分类,这些声波提供了一种带有两个声波的微流体装置,在微通道的两侧产生声波。当两个波相遇时,它们组合以形成常设波(一个保持恒定位置的波)。该波产生压力节点或低压线。

因为声波倾斜,所以它们以一定角度跨越微通道运行,所以每个细胞在流过通道时遇到多个压力节点。随着细胞遇到每个节点,它们将进一步推到通道的侧面;电池运动的距离取决于其尺寸和其他性质,例如可压缩性。

在以前的研究中,研究人员能够将癌细胞与红色和白细胞分离,但通过装置的样品流速仅为每分钟1至2微升。在此速率下,处理大约6毫升的典型患者样品需要超过50小时。

该设备的新版本的工作流程率速度大约20倍,允许它在大约五个小时内处理患者样品。

为实现这一目标,研究人员使用了通过实验证实的细胞轨迹的计算机建模,以调整一些设备的其他特征,包括倾斜角度 - 声波击打通道的角度 - 以及细胞所在的距离暴露在声波中。

检测到稀有细胞

研究人员用癌细胞和实验室生长的癌细胞和白血细胞组成的样品测试了新的声学装置。在这些研究中,它们能够将至少83%的癌细胞与每101,000个白细胞的一个癌细胞的样品分离出来。

该装置还表现出良好的三种乳腺癌患者的血液样本测试。从那些样品中,研究人员分别分离一,八和59个肿瘤细胞;第一个样品来自患者,患者对治疗非常好,因此肿瘤细胞循环很少。

它们的结果与来自可分类癌细胞的市售设备的结果类似;然而,DAO说,该装置损坏了细胞,以便对进一步研究不可行。相反,声学技术非常温和,并且不需要将细胞用磁珠,抗体或任何其他分子标记,因此它们是一次分离的进一步分析的理想选择。

“通过进一步改善细胞吞吐量,这项工作可以提供有用的新工具,对于循环肿瘤细胞的复杂话题以及对不同类型癌症的临床评估的基本研究,”苏珊说。“

新系统在分拣患者样品中的成功代表了团队原始设备上的“重大进展”,伊利诺伊大学的机械科学与工程教授,伊利诺伊州的厄巴纳 - 香槟大学的伊利诺伊州的厄巴纳 - 香槟的教授,他不是研究团队的一部分。 “现在人们可以想象一个可以根据他们提出的设计实现的产品,”SAIF说。

研究人员现在正在努力进一步提高设备的流速,并使其更加坚固且经济高效。

该研究由国家卫生研究院,国家科学基金会和宾夕法尼亚州纳米科学中心资助。



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