Un nuovo dispositivo può rilevare il cancro solo in una goccia di sangue

Alcuni tipi di cancro, come il cancro ovarico, tendono a rimanere non rilevati fino a quando non sono troppo avanzati perché il trattamento sia efficace. Ora, uno strumento innovativo può essere in grado di rilevare il cancro facilmente, rapidamente e in quantità minuscole di sangue.

Nel tentativo di trovare un modo semplice ed efficace per identificare i tumori difficili da diagnosticare, i ricercatori dell'Università del Kansas (KU) di Lawrence e del KU Cancer Center e KU Medical Center di Kansas City hanno ora sviluppato un sistema di rilevazione del cancro ultrasensibile dispositivo.

Il dispositivo, che è chiamato "chip microfluidico 3-D-nanopatternato", potrebbe rilevare con successo marker tumorali nella più piccola goccia di sangue o in un componente del sangue chiamato plasma.

L'autore principale Yong Zeng, professore associato di chimica presso KU, e il suo team descrivono come il nuovo strumento funziona in un documento pubblicato dalla rivista Nature Biomedical Engineering.

Questo dispositivo, spiegano gli scienziati, identifica e diagnostica il cancro "filtrando" per gli esosomi, che sono piccole vescicole prodotte da alcune cellule eucariotiche.

Nel caso delle cellule tumorali, gli esosomi contengono informazioni biologiche che possono dirigere la crescita e la diffusione del tumore.

"Storicamente, la gente pensava che gli esosomi fossero come" sacchi della spazzatura "che le cellule potevano usare per scaricare contenuti cellulari indesiderati", spiega Zeng. "Ma, nell'ultimo decennio", aggiunge, "gli scienziati si sono resi conto che erano molto utili per inviare messaggi alle cellule riceventi e comunicare informazioni molecolari importanti in molte funzioni biologiche".

"Fondamentalmente, i tumori inviano esosomi che confezionano molecole attive che rispecchiano le caratteristiche biologiche delle cellule genitoriali.Tutte le cellule producono esosomi, le cellule tumorali sono molto attive rispetto alle cellule normali", osserva Zeng.

Uno strumento diagnostico ad alta sensibilità

Il nuovo dispositivo è uno strumento di nanoingegneria 3-D con un disegno a spina di pesce che "pettina" per gli esosomi, spingendoli a venire a contatto con la superficie del chip dello strumento per l'analisi. Questo processo è chiamato "trasferimento di massa".

"Le persone hanno sviluppato idee intelligenti per migliorare il trasferimento di massa nei canali su microscala, ma quando le particelle si avvicinano alla superficie del sensore, sono separate da una piccola lacuna di liquido che crea una crescente resistenza idrodinamica", osserva Zeng.

"Qui, abbiamo sviluppato una struttura a spina di pesce nanoporosa 3-D che può drenare il liquido in tale spazio per portare le particelle a contatto con la superficie in cui le sonde possono riconoscerle e catturarle", spiega ancora.

Per sviluppare questo dispositivo all'avanguardia, Zeng e il team hanno collaborato con Andrew Godwin, che è un esperto di biomarcatori tumorali e l'attuale vice direttore del KU Cancer Center.

Per testare l'efficacia del chip, i ricercatori hanno utilizzato campioni clinici di individui con cancro ovarico, un tipo di cancro notoriamente difficile da rilevare.

In tal modo, il team ha scoperto che il chip era in grado di rilevare la presenza di questo tumore anche nella più piccola quantità di plasma.

"I nostri studi collaborativi continuano a dare i loro frutti e fanno progredire un'area cruciale nella ricerca sul cancro e nell'assistenza ai pazienti, ovvero strumenti innovativi per l'individuazione precoce", afferma Godwin, sottolineando che "quest'area di studio è particolarmente importante per i tumori come le ovaie, dato che la grande maggioranza delle donne viene diagnosticata in uno stadio avanzato quando, purtroppo, la malattia è per la maggior parte incurabile. "

Applicazioni cliniche multiple

I ricercatori sono anche entusiasti del fatto che il nuovo dispositivo sia facile da realizzare, oltre ad essere economico da produrre, il che significa che una vasta distribuzione potrebbe essere possibile senza aumentare i costi del paziente.

"Quello che abbiamo creato qui è un metodo di nanopatterning 3-D senza la necessità di alcun equipaggiamento di nanofabbricazione fantasia – uno studente universitario o anche uno studente di scuola superiore può farlo nel mio laboratorio", osserva Zeng.

"Questo è così semplice e a basso costo che ha un grande potenziale di tradurre in contesti clinici", sottolinea, spiegando che il team "(ha) ha collaborato con il Dr. Godwin e altri laboratori di ricerca presso il KU Cancer Center e le bioscienze molecolari dipartimento per esplorare ulteriormente le applicazioni di traduzione della tecnologia. "

Ancora più importante, Zeng e colleghi sostengono che questo dispositivo innovativo è, in linea di principio, molto adattabile. Credono che in futuro i medici potrebbero usarlo per diagnosticare molte forme diverse di cancro e altre malattie.

"Ora stiamo esaminando modelli di colture cellulari, modelli animali e anche campioni di pazienti clinici, quindi stiamo davvero facendo alcune ricerche traslazionali per spostare il dispositivo dall'ambiente di laboratorio a più applicazioni cliniche", afferma il ricercatore principale.

"Quasi tutte le cellule di mammiferi rilasciano gli esosomi, quindi l'applicazione non si limita solo al cancro ovarico o ad un tipo di cancro. Stiamo lavorando con le persone per esaminare le malattie neurodegenerative, i tumori della mammella e del colon-retto, per esempio".

Yong Zeng

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