Акустика для «жидкой биопсии»
Исследователи университета Дьюка, Массачусетского технологического института и Наньянского технологического университета в Сингапуре разработали щадящий бесконтактный метод выделения циркулирующих опухолевых клеток из образцов крови с помощью звуковых волн.
Циркулирующие опухолевые клетки представляют собой мельчайшие частички опухоли, отрывающиеся от нее и перемещающиеся по организму с кровотоком. Они содержат массу ассоциированной с прогнозом течения заболевания и эффективностью определенных методов лечения информации о типе опухоли, ее физических характеристиках и генетических мутациях. Способность быстро и эффективно выделять эти клетки из образца крови и культивировать их в лабораторных условиях предоставляет возможность получения «жидкой биопсии» для установления точного диагноза, прогнозирования течения и индивидуального подбора терапии.
Однако концентрация таких клеток в крови ничтожно мала (единицы на миллиард клеток крови), и их обнаружение является исключительно сложной задачей. Существующие на сегодняшний день технологии очень далеки от совершенства и часто повреждают или убивают циркулирующие опухолевые клетки в процессе их обнаружения. Помимо этого они малоэффективны, работают только с определенными типами рака или применяемая процедура слишком длительна для многих ситуаций.
Предложенный авторами подход основан на использовании звуковых волн и позволяет выделять циркулирующие опухолевые клетки из пробирки крови объемом 7,5 мл в течение часа. При этом эффективность процедуры составляет не менее 86%. Разработчики надеются, что дополнительные усовершенствования трансформируют этот подход в новый метод анализа, выполняемый с помощью недорогих одноразовых чипов.
Подход заключается в фиксировании стоячей звуковой волны под углом к жидкости, протекающей по крошечному каналу. Звуковая волна, по сути, представляет собой волну давления, толкающую частицы, взвешенные в протекающей жидкости. Это акустическое давление оказывает более сильное воздействие на крупные плотные злокачественные клетки, чем на нормальные клетки крови, выталкивая их в отдельный канал.
Устройство размером с пенни выделяет циркулирующие опухолевые клетки из биологических жидкостей с помощью звуковых волн.
Энергоемкость и частота звуковых волн сопоставимы с параметрами волн, применяемых в медицинских ультразвуковых исследованиях. Риск повреждения циркулирующих опухолевых клеток минимизирован также за счет того, что каждая клетка подвергается воздействию звуковой волны только на протяжении доли секунды и не требует мечения или модифицирования поверхности.
Технология была впервые продемонстрирована три года назад, после чего она была усовершенствована до состояния, в котором она пригодна для клинического применения. Первая модификация заключается в изготовлении одной из стенок канала из стекла, отражаясь от которого, звуковая волна усиливает волны давления внутри канала. Помимо этого канал для отделения раковых клеток разместили в центре основного канала, что ускоряет процесс обработки образца.
Появившийся в результате прототип прибора обрабатывает жидкость со скоростью 7,5 мл в час, что в 7 раз превышает исходный показатель. При этом устройство сохранило 86%-ю эффективность и прочие многочисленные преимущества над другими методами.
Разработчики протестировали свой метод на образце крови пациентов с раком предстательной железы и успешно проанализировали выделенные клетки на ряд биомаркеров, а также характеристики скорости роста. Они продемонстрировали, что уровни экспрессии ключевых терапевтических мишеней, таких как простатоспецифичный антиген (ПСА), на циркулирующих опухолевых клетках разных пациентов варьируют в очень широких пределах.
В настоящее время авторы работают над дальнейшим повышением скорости и эффективности технологии, а также изучают возможности ее применения в клинической практике. Они также планируют использовать ее в ряде научных проектов, таких как изучение механизмов, позволяющих циркулирующим опухолевым клеткам выживать в кровотоке и формировать метастазы.
Статья Mengxi Wu et al. Circulating Tumor Cell Phenotyping via High‐Throughput Acoustic Separation опубликована в журнале Small.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Duke University: Sound Waves Could Provide 'Liquid Biopsies'.