Un nouvel appareil de diagnostic ultrasensible inventé par des chercheurs de l'Université du Kansas, L'Université du Kansas Cancer Center et le KU Medical Center pourraient permettre aux médecins de détecter rapidement le cancer à partir d'une goutte de sang ou de plasma, menant à des interventions plus rapides et à de meilleurs résultats pour les patients.

Le "lab-on-a-chip" pour l'analyse de "biopsie liquide", rapporté aujourd'hui dans Nature Génie Biomédical , détecte les exosomes - de minuscules parcelles d'informations biologiques produites par les cellules tumorales pour stimuler la croissance ou les métastases tumorales.

« Historiquement, les gens pensaient que les exosomes étaient comme des « poubelles » que les cellules pouvaient utiliser pour vider des contenus cellulaires indésirables, " a déclaré l'auteur principal Yong Zeng, Docking Family Scholar et professeur agrégé de chimie à la KU. "Mais au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont réalisé qu'ils étaient très utiles pour envoyer des messages aux cellules réceptrices et communiquer des informations moléculaires importantes dans de nombreuses fonctions biologiques. Essentiellement, les tumeurs envoient des exosomes contenant des molécules actives qui reflètent les caractéristiques biologiques des cellules parentales. Alors que toutes les cellules produisent des exosomes, les cellules tumorales sont vraiment actives par rapport aux cellules normales."

L'innovation clé du nouveau laboratoire sur puce est une méthode de nano-ingénierie 3D qui mélange et détecte des éléments biologiques sur la base d'un motif à chevrons que l'on trouve couramment dans la nature, poussant les exosomes en contact avec la surface de détection de la puce beaucoup plus efficacement dans un processus appelé "transfert de masse".

"Les gens ont développé des idées intelligentes pour améliorer le transfert de masse dans les canaux à micro-échelle, mais lorsque les particules se rapprochent de la surface du capteur, ils sont séparés par un petit espace de liquide qui crée une résistance hydrodynamique croissante, " dit Zeng. " Tiens, nous avons développé une structure à chevrons nanoporeuse en 3D qui peut drainer le liquide dans cet espace pour amener les particules en contact dur avec la surface où les sondes peuvent les reconnaître et les capturer. »

Zeng a comparé les nanopores de la puce à un million de petits éviers de cuisine :« Si vous avez un évier rempli d'eau et que de nombreuses boules flottent à la surface, comment mettre toutes les billes en contact avec le fond de l'évier où des capteurs pourraient les analyser ? Le moyen le plus simple est de vider l'eau."

Développer et tester le dispositif microfluidique pionnier, Zeng a fait équipe avec Andrew Godwin, expert en biomarqueurs tumoraux et directeur adjoint du KU Cancer Center, du département de pathologie et de médecine de laboratoire du KU Medical Center, ainsi que l'étudiante diplômée Ashley Tetlow du laboratoire de découverte de biomarqueurs de Godwin. Les collaborateurs ont testé la conception de la puce à l'aide d'échantillons cliniques de patientes atteintes d'un cancer de l'ovaire, trouver la puce pourrait détecter la présence d'un cancer dans une quantité minuscule de plasma.

« Nos études collaboratives continuent de porter leurs fruits et de faire progresser un domaine crucial de la recherche sur le cancer et des soins aux patients, à savoir, des outils innovants de détection précoce, " dit Godwin, qui est président émérite du chancelier et professeur en sciences biomédicales et professeur et directeur d'oncologie moléculaire, pathologie et médecine de laboratoire au KU Medical Center. "Ce domaine d'étude est particulièrement important pour les cancers tels que les cancers de l'ovaire, étant donné que la grande majorité des femmes sont diagnostiquées à un stade avancé lorsque, Malheureusement, la maladie est pour la plupart incurable.

Quoi de plus, les nouvelles puces microfluidiques développées à la KU seraient moins chères et plus faciles à fabriquer que des conceptions comparables, permettant des tests plus larges et moins coûteux pour les patients.

"Ce que nous avons créé ici est une méthode de nanomotif 3D sans avoir besoin d'un équipement de nanofabrication sophistiqué - un étudiant de premier cycle ou même un lycéen peut le faire dans mon laboratoire, " Zeng a déclaré. "C'est si simple et peu coûteux qu'il a un grand potentiel pour se traduire dans les milieux cliniques. Nous collaborons avec le Dr Godwin et d'autres laboratoires de recherche du KU Cancer Center et du département de biosciences moléculaires pour explorer davantage les applications translationnelles de la technologie."

Selon Zeng, avec la conception de la puce microfluidique désormais éprouvée en utilisant le cancer de l'ovaire comme modèle, la puce pourrait être utile pour détecter une foule d'autres maladies.

"Maintenant, nous examinons des modèles de culture cellulaire, modèles animaux, ainsi que des échantillons cliniques de patients, nous faisons donc vraiment de la recherche translationnelle pour déplacer l'appareil du laboratoire vers des applications plus cliniques, " a-t-il dit. " Presque toutes les cellules de mammifères libèrent des exosomes, l'application ne se limite donc pas au cancer de l'ovaire ou à tout type de cancer. Nous travaillons avec des gens pour examiner les maladies neurodégénératives, cancers du sein et colorectal, par exemple."

Sur le campus Lawrence de la KU, Zeng a travaillé avec une équipe comprenant le boursier postdoctoral Peng Zhang, étudiant diplômé Xin Zhou au Département de chimie, ainsi que Mei He, Professeur assistant KU de chimie et de génie chimique.

Cette recherche a été financée par des subventions des National Institutes of Health, y compris une subvention conjointe R21 (CA1806846) et R33 (CA214333) entre Zeng et Godwin et le Biospecimen Repository Core Facility du KU Cancer Center, financé en partie par une subvention de soutien du National Cancer Institute Cancer Center (P30 CA168524).