Les échantillons de sang passent à travers des puces microfluidiques. Les motifs dorés sont trop petits pour être distingués à l'œil nu dans l'appareil de travail, résultant en un éclat métallique. Crédit :Joseph Xu, Michigan Ingénierie des communications et du marketing
(Phys.org) - Une puce microfluidique développée à l'Université du Michigan est parmi les meilleures pour capturer les cellules tumorales circulantes insaisissables dans le sang - et elle peut soutenir la croissance des cellules pour une analyse plus approfondie.
Le dispositif, considéré comme le premier à coupler ces fonctions, utilise le matériau électronique avancé oxyde de graphène. Dans les cliniques, un tel appareil pourrait un jour aider les médecins à diagnostiquer des cancers, donner des pronostics plus précis et tester les options de traitement sur des cellules en culture sans soumettre les patients à des biopsies traditionnelles.
« Si nous pouvons faire fonctionner ces technologies, il fera progresser de nouveaux médicaments contre le cancer et révolutionnera le traitement des patients atteints de cancer, " a déclaré le Dr Max Wicha, directeur du U-M Cancer Center et co-auteur d'un article sur le nouveau dispositif, publié en ligne cette semaine dans Nature Nanotechnologie .
« Les cellules tumorales circulantes joueront un rôle important dans le diagnostic précoce du cancer et pour nous aider à comprendre si les traitements fonctionnent chez nos patients cancéreux en servant de biopsie « liquide » pour évaluer les réponses au traitement en temps réel, " a déclaré la co-auteure Dr Diane Simeone, le professeur de chirurgie Lazar J. Greenfield à la faculté de médecine de l'UM et directeur du programme d'oncologie translationnelle.
« Les études sur les cellules tumorales circulantes nous aideront également à comprendre les mécanismes biologiques de base par lesquels les cellules cancéreuses se métastasent ou se propagent à des organes distants, la principale cause de décès chez les patients cancéreux. »
Pourtant, ces cellules ne tiennent pas leurs promesses en médecine car elles sont si difficiles à séparer d'un échantillon de sang, disent les chercheurs. Dans le sang des patients atteints d'un cancer à un stade précoce, ils représentent moins d'une cellule sur un milliard, il est donc plus difficile de les attraper que de trouver l'aiguille proverbiale dans une botte de foin.
"Je peux brûler la botte de foin ou utiliser un énorme aimant, " dit Sunitha Nagrath, professeur assistant en génie chimique, qui a dirigé la recherche. « En ce qui concerne les cellules tumorales circulantes, ils ressemblent presque à n'importe quelle autre cellule sanguine.
Un microscope optique révèle une cellule cancéreuse attachée au motif floral.
Sur leur puce microfluidique, L'équipe de Nagrath a fait pousser des forêts denses de chaînes moléculaires, chacun équipé d'un anticorps pour s'accrocher aux cellules cancéreuses.
Même après la capture des cellules, il est toujours difficile d'effectuer une analyse solide sur une poignée d'entre eux, disent les chercheurs. C'est pourquoi cette démonstration de capture de cellules tumorales hautement sensibles, combiné avec la capacité de faire croître les cellules dans le même appareil, est si prometteur.
Hyeun Joong Yoon, chercheur postdoctoral au laboratoire Nagrath avec une formation en génie électrique, a joué un rôle déterminant dans la fabrication de la puce microfluidique. Il a commencé avec une base de silicium et a ajouté une grille de près de 60, 000 formes plates en or, comme des fleurs à quatre pétales, chacun pas plus large qu'une mèche de cheveux.
Les fleurs d'or ont naturellement attiré un matériau relativement nouveau appelé oxyde de graphène. Ces feuilles de carbone et d'oxygène, juste quelques atomes d'épaisseur, se sont superposés à l'or. Cette formation en couches a permis à l'équipe de développer de manière si dense les chaînes moléculaires captant les cellules tumorales.
"C'est presque comme si chaque graphène avait de nombreux nano-bras pour capturer les cellules, " a déclaré Nagrath.
Pour tester l'appareil, l'équipe a analysé des échantillons de sang d'un millilitre à travers la fine chambre de la puce. Même lorsqu'ils n'avaient ajouté que trois à cinq cellules cancéreuses aux 5 à 10 milliards de cellules sanguines, la puce a pu capturer toutes les cellules de l'échantillon la moitié du temps, avec une moyenne de 73 pour cent sur 10 essais.
"C'est le niveau le plus élevé que l'on ait montré dans la littérature pour augmenter un si petit nombre de cellules, " a déclaré Nagrath.
Les cellules cancéreuses brillent en vert avec des étiquettes fluorescentes.
L'équipe a compté les cellules cancéreuses capturées en les marquant avec des molécules fluorescentes et en les observant au microscope. Ces balises ont permis de distinguer facilement les cellules cancéreuses des cellules sanguines capturées accidentellement. Ils ont également cultivé des cellules cancéreuses du sein pendant six jours, à l'aide d'un microscope électronique pour voir comment ils se propagent à travers les fleurs d'or.
« Quand vous avez des cellules individuelles, la quantité de matière dans chaque cellule est souvent si petite qu'il est difficile de développer des tests moléculaires, " a déclaré Wicha. "Cet appareil permet aux cellules d'être cultivées en plus grandes quantités afin que vous puissiez faire une analyse génétique plus facilement."
La puce pourrait capturer le pancréas, des cellules cancéreuses du sein et du poumon à partir d'échantillons de patients. Nagrath a été surpris que l'appareil soit capable de capturer environ quatre cellules tumorales par millilitre de sang des patients atteints de cancer du poumon, même s'ils avaient la forme précoce de la maladie.
Travailler dans une équipe qui comprend à la fois des ingénieurs et des professionnels de la santé à U-M, Nagrath est optimiste quant au fait que la nouvelle technique pourrait atteindre les cliniques dans trois ans.
L'article s'intitule « Capture sensible des cellules tumorales circulantes par des nanofeuillets d'oxyde de graphène fonctionnalisés ». L'université poursuit la protection par brevet de la propriété intellectuelle et recherche des partenaires de commercialisation pour aider à mettre la technologie sur le marché.
