Le diagramme montre comment le dispositif microfluidique sépare les cellules cancéreuses du sang. Les cercles verts représentent les cellules cancéreuses. Crédit :Ian Papautsky
Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Chicago et de l'Université de technologie du Queensland en Australie, ont développé un dispositif qui peut isoler des cellules cancéreuses individuelles à partir d'échantillons de sang de patients. Le dispositif microfluidique fonctionne en séparant les différents types de cellules présentes dans le sang par leur taille. L'appareil pourra un jour permettre des biopsies liquides bon marché pour aider à détecter le cancer et développer des plans de traitement ciblés. Les résultats sont rapportés dans le journal Microsystèmes et nano-ingénierie .
"Cette nouvelle puce microfluidique nous permet de séparer les cellules cancéreuses du sang total ou du sang peu dilué, " a déclaré Ian Papautsky, le professeur Richard et Loan Hill de bio-ingénierie au Collège d'ingénierie de l'UIC et auteur correspondant de l'article. "Alors que des dispositifs de détection des cellules cancéreuses circulant dans le sang deviennent disponibles, la plupart sont relativement chers et hors de portée de nombreux laboratoires de recherche ou hôpitaux. Notre appareil est bon marché, et ne nécessite pas beaucoup de préparation ou de dilution de l'échantillon, ce qui le rend rapide et facile à utiliser."
La capacité d'isoler avec succès les cellules cancéreuses est une étape cruciale pour permettre la biopsie liquide où le cancer pourrait être détecté par une simple prise de sang. Cela éliminerait l'inconfort et le coût des biopsies tissulaires qui utilisent des aiguilles ou des interventions chirurgicales dans le cadre du diagnostic du cancer. La biopsie liquide pourrait également être utile pour suivre l'efficacité de la chimiothérapie au fil du temps, et pour détecter le cancer dans les organes difficiles d'accès par les techniques traditionnelles de biopsie, y compris le cerveau et les poumons.
Cependant, isoler les cellules tumorales circulantes du sang n'est pas une tâche facile, car ils sont présents en très petites quantités. Pour de nombreux cancers, les cellules circulantes sont présentes à des niveaux proches d'une pour 1 milliard de cellules sanguines. "Un tube de sang de 7,5 ml, qui est un volume typique pour une prise de sang, pourrait avoir dix cellules cancéreuses et 35 à 40 milliards de cellules sanguines, " dit Papautsky. " Alors nous cherchons vraiment une aiguille dans une botte de foin. "
Les technologies microfluidiques présentent une alternative aux méthodes traditionnelles de détection cellulaire dans les fluides. Ces appareils utilisent des marqueurs pour capturer les cellules ciblées lorsqu'elles flottent, soit ils profitent des propriétés physiques des cellules ciblées, principalement de la taille, pour les séparer des autres cellules présentes dans les fluides.
Dispositif microfluidique de séparation des cellules cancéreuses. Crédit :Ian Papautsky
Papautsky et ses collègues ont développé un appareil qui utilise la taille pour séparer les cellules tumorales du sang. « L'utilisation des différences de taille pour séparer les types de cellules dans un fluide est beaucoup plus facile que la séparation par affinité qui utilise des balises « adhésives » qui capturent le bon type de cellule au fur et à mesure, " a déclaré Papautsky. " La séparation par affinité nécessite également de nombreux travaux de purification avancés dont les techniques de séparation par taille n'ont pas besoin. "
Le dispositif développé par Papautsky et ses collègues capitalise sur les phénomènes de migration inertielle et de diffusion induite par cisaillement pour séparer les cellules cancéreuses du sang lorsqu'il passe à travers des « microcanaux » formés dans le plastique. "Nous étudions toujours la physique derrière ces phénomènes et leur interaction dans l'appareil, mais il sépare les cellules en fonction de minuscules différences de taille qui dictent l'attraction de la cellule à divers endroits dans une colonne de liquide lorsqu'elle se déplace."
Papautsky et ses collègues ont "dopé" des échantillons de 5 millilitres de sang sain avec 10 cellules cancéreuses du poumon à petites cellules, puis ont fait passer le sang dans leur appareil. Ils ont pu récupérer 93 pour cent des cellules cancéreuses à l'aide du dispositif microfluidique. Les dispositifs microfluidiques développés précédemment et conçus pour séparer les cellules tumorales circulantes du sang avaient des taux de récupération compris entre 50 et 80 %.
Lorsqu'ils ont analysé huit échantillons de sang prélevés sur des patients diagnostiqués avec un cancer du poumon non à petites cellules, ils ont pu séparer les cellules cancéreuses de six des échantillons à l'aide du dispositif microfluidique.
En plus de la haute efficacité et de la fiabilité des appareils, Papautsky a déclaré que le fait que peu de dilution soit nécessaire est un autre avantage. "Sans avoir à diluer, le temps d'analyse des échantillons est plus court, tout comme le temps de préparation. » Ils ont utilisé du sang total dans leurs expériences ainsi que du sang dilué trois fois seulement, ce qui est faible par rapport à d'autres protocoles de séparation cellulaire utilisant des dispositifs basés sur la migration inertielle.
Papautsky et collègue Dr Alicia Hubert, professeur assistant de chirurgie à la faculté de médecine de l'UIC, a récemment reçu 125 $, 000, subvention d'un an de l'Université de l'Illinois Cancer Center pour développer un dispositif microfluidique qui peut séparer les cellules tumorales circulantes ainsi que détecter l'ADN des cellules cancéreuses dans le sang des patients atteints de cancer du poumon. Ils utiliseront le sang de patients vus au Centre de cancérologie de l'Université de l'Illinois pour tester l'efficacité de leur prototype d'appareil.
