Em vez de procurar uma agulha em um palheiro, e se você pudesse varrer todo o palheiro para um lado, deixando apenas a agulha para trás? Essa é a estratégia que os pesquisadores da University of Georgia College of Engineering seguiram no desenvolvimento de um novo dispositivo microfluídico que separa células tumorais circulantes evasivas (CTCs) de uma amostra de sangue total.

CTCs se separam de tumores cancerosos e fluem pela corrente sanguínea, potencialmente levando a novos tumores metastáticos. O isolamento de CTCs do sangue fornece uma alternativa minimamente invasiva para o entendimento básico, diagnóstico e prognóstico do câncer metastático. Mas a maioria dos estudos é limitada por desafios técnicos na captura de CTCs intactos e viáveis ​​com contaminação mínima.

"Uma amostra típica de 7 a 10 mililitros de sangue pode conter apenas algumas CTCs, "disse Leidong Mao, professor da Escola de Engenharia Elétrica e de Computação da UGA e investigador principal do projeto. "Eles estão escondidos no sangue total com milhões de glóbulos brancos. É um desafio colocar as mãos em CTCs suficientes para que os cientistas possam estudá-los e entendê-los."

As células tumorais circulantes também são difíceis de isolar porque dentro de uma amostra de algumas centenas de CTCs, as células individuais podem apresentar muitas características. Algumas se assemelham às células da pele, enquanto outras se assemelham às células musculares. Eles também podem variar muito em tamanho.

"As pessoas costumam comparar encontrar CTCs a encontrar uma agulha em um palheiro, "disse Mao." Mas às vezes a agulha nem é uma agulha.

Para isolar de forma mais rápida e eficiente essas células raras para análise, Mao e sua equipe criaram um novo chip microfluídico que captura quase todos os CTC em uma amostra de sangue - mais de 99% - uma porcentagem consideravelmente maior do que a maioria das tecnologias existentes.

A equipe chama sua nova abordagem para detecção de CTC de "separação de células ferro-hidrodinâmica integrada, "ou iFCS. Eles descrevem suas descobertas em um estudo publicado na Royal Society of Chemistry's Lab on a Chip .

O novo dispositivo pode ser "transformador" no tratamento do câncer de mama, de acordo com Melissa Davis, professor assistente de biologia celular e do desenvolvimento na Weill Cornell Medicine e colaborador no projeto.

"Os médicos só podem tratar o que podem detectar, "Davis disse." Muitas vezes não podemos detectar certos subtipos de CTCs, mas com o dispositivo iFCS iremos capturar todos os subtipos de CTCs e até mesmo determinar quais subtipos são os mais informativos sobre recidiva e progressão da doença. "

Davis acredita que o dispositivo pode permitir que os médicos avaliem a resposta do paciente a tratamentos específicos muito mais cedo do que é possível atualmente.

Embora a maioria dos esforços para capturar células tumorais circulantes se concentre em identificar e isolar as poucas CTCs à espreita em uma amostra de sangue, o iFCS tem uma abordagem completamente diferente, eliminando tudo na amostra que não seja uma célula tumoral circulante.

O dispositivo, mais ou menos do tamanho de uma unidade USB, funciona canalizando o sangue através de canais de diâmetro menor do que um fio de cabelo humano. Para preparar o sangue para análise, a equipe adiciona esferas magnéticas de tamanho mícron às amostras. Os glóbulos brancos na amostra se ligam a essas esferas. Conforme o sangue flui pelo dispositivo, ímãs na parte superior e inferior do chip atraem as células brancas do sangue e suas esferas magnéticas para um canal específico, enquanto as células tumorais circulantes continuam em outro canal.

O dispositivo combina três etapas em um chip microfluídico, outro avanço sobre as tecnologias existentes que requerem dispositivos separados para várias etapas do processo.

"A primeira etapa é um filtro que remove grandes detritos no sangue, "disse Yang Liu, estudante de doutorado no departamento de química da UGA e co-autor principal do artigo. "A segunda parte esgota os grânulos magnéticos extras e a maioria dos glóbulos brancos. A terceira parte é projetada para concentrar os glóbulos brancos restantes no meio do canal e empurrar os CTCs para as paredes laterais."

Wujun Zhao é o outro autor principal do artigo. Zhao, um pós-doutorado no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, trabalhou no projeto enquanto completava seu doutorado em química na UGA.

"O sucesso do nosso dispositivo integrado é que ele tem a capacidade de enriquecer quase todos os CTCs, independentemente de seu perfil de tamanho ou expressão de antígeno, "disse Zhao." Nossas descobertas têm o potencial de fornecer à comunidade de pesquisa do câncer informações importantes que podem ser perdidas pelas atuais tecnologias de enriquecimento baseadas em proteínas ou em tamanho. "

Os pesquisadores afirmam que seus próximos passos incluem automatizar o iFCS e torná-lo mais amigável para o usuário em ambientes clínicos. Eles também precisam testar o dispositivo em testes com pacientes. Mao e seus colegas esperam que colaboradores adicionais se juntem a eles e emprestem seus conhecimentos ao projeto.