p Um chip desenvolvido por engenheiros mecânicos do Worcester Polytechnic Institute (WPI) pode capturar e identificar células cancerosas metastáticas em uma pequena quantidade de sangue retirada de um paciente com câncer. A tecnologia inovadora usa um método mecânico simples que se mostrou mais eficaz na captura de células cancerosas do que a abordagem microfluídica empregada em muitos dispositivos existentes. p O dispositivo WPI usa anticorpos ligados a uma série de nanotubos de carbono no fundo de um minúsculo poço. As células cancerosas se acomodam no fundo do poço, onde eles se ligam seletivamente aos anticorpos com base em seus marcadores de superfície (ao contrário de outros dispositivos, o chip também pode capturar estruturas minúsculas chamadas exossomos produzidos por células cancerosas). Esta "biópsia líquida, "descrito em uma edição recente da revista Nanotecnologia , poderia se tornar a base de um teste de laboratório simples que poderia detectar rapidamente os primeiros sinais de metástase e ajudar os médicos a selecionar tratamentos direcionados às células cancerosas específicas identificadas.

p A metástase é o processo pelo qual um câncer pode se espalhar de um órgão para outras partes do corpo, normalmente entrando na corrente sanguínea. Diferentes tipos de tumores mostram preferência por órgãos e tecidos específicos; células de câncer de mama circulantes, por exemplo, são susceptíveis de criar raízes nos ossos, pulmões, e o cérebro. O prognóstico para câncer metastático (também chamado de câncer em estágio IV) é geralmente ruim, portanto, uma técnica que pudesse detectar essas células tumorais circulantes antes que elas tivessem a chance de formar novas colônias de tumores em locais distantes poderia aumentar muito as chances de sobrevivência do paciente.

p "O foco na captura de células tumorais circulantes é bastante novo, "disse Balaji Panchapakesan, professor associado de engenharia mecânica no WPI e diretor do Small Systems Laboratory. “É um desafio muito difícil, não muito diferente de procurar uma agulha em um palheiro. Existem bilhões de glóbulos vermelhos, dezenas de milhares de glóbulos brancos, e, possivelmente, apenas um pequeno número de células tumorais flutuando entre eles. Mostramos como essas células podem ser capturadas com alta precisão. "

p O dispositivo desenvolvido pela equipe de Panchapakesan inclui uma série de pequenos elementos, cada um com cerca de um décimo de polegada (3 milímetros) de diâmetro. Cada elemento tem um poço, na parte inferior estão os anticorpos ligados aos nanotubos de carbono. Cada poço contém um anticorpo específico que se ligará seletivamente a um tipo de tipo de célula cancerosa, com base em marcadores genéticos em sua superfície. Semeando elementos com uma variedade de anticorpos, o dispositivo pode ser configurado para capturar vários tipos diferentes de células cancerosas usando uma única amostra de sangue. No laboratório, os pesquisadores foram capazes de encher um total de 170 poços usando pouco menos de 0,3 onças fluidas (0,85 mililitro) de sangue. Mesmo com essa pequena amostra, eles capturaram entre uma e mil células por dispositivo, com uma eficiência de captura entre 62 e 100 por cento.

p Os nanotubos de carbono usados ​​no dispositivo atuam como semicondutores. Quando uma célula cancerosa se liga a um dos anticorpos anexados, ele cria uma assinatura elétrica que pode ser detectada. Esses sinais podem ser usados ​​para identificar quais dos elementos na matriz capturaram células cancerosas. Essas matrizes individuais podem ser removidas e levadas a um laboratório, onde as células capturadas podem ser coradas e identificadas sob um microscópio. No laboratório, o processo de vinculação e geração de assinatura elétrica levou apenas alguns minutos, sugerindo a possibilidade de obter resultados no mesmo dia de um exame de sangue usando o chip, Panchapakesan diz.

p Em artigo publicado na revista Nanotecnologia , A equipe de Panchapakesan, que inclui estudantes de graduação Farhad Khosravi, o autor principal do artigo, e pesquisadores da University of Louisville e da Thomas Jefferson University, descrevem um estudo em que anticorpos específicos para dois marcadores de câncer de mama metastático, EpCam e Her2, foram anexados aos nanotubos de carbono no chip. Quando uma amostra de sangue que foi "enriquecida" com células que expressam esses marcadores foi colocada no chip, o dispositivo demonstrou capturar de forma confiável apenas as células marcadas.

p Além de capturar células tumorais, Panchapakesan diz que o chip também se fixará em estruturas minúsculas chamadas exossomos, que são produzidos por células cancerosas e carregam os mesmos marcadores. "Essas estruturas altamente elusivas de 3 nanômetros são muito pequenas para serem capturadas com outros tipos de dispositivos de biópsia líquida, como microfluídica, devido a forças de cisalhamento que podem potencialmente destruí-los, "ele observou." Nosso chip é atualmente o único dispositivo que pode capturar células tumorais circulantes e exossomos diretamente no chip, o que deve aumentar sua capacidade de detectar metástases. Isso pode ser importante porque evidências emergentes sugerem que proteínas minúsculas excretadas com exossomos podem gerar reações que podem se tornar as principais barreiras para a administração e tratamento eficazes de drogas contra o câncer. "

p Panchapakesan disse que o chip desenvolvido por sua equipe tem vantagens adicionais sobre outros dispositivos de biópsia líquida, a maioria dos quais usa microfluídicos para capturar células cancerosas. Além de ser capaz de capturar as células tumorais circulantes com muito mais eficiência do que os chips microfluídicos (em que as células devem se prender aos anticorpos ancorados à medida que passam em um fluxo de líquido em movimento), o dispositivo WPI também é altamente eficaz na separação de células cancerosas de outras células e material no sangue por meio de sedimentação diferencial.

p "Glóbulos brancos, em particular, são um problema, porque são muito numerosos no sangue e podem ser confundidos com células cancerosas, "ele disse." Nosso dispositivo usa o que é chamado de estratégia de depleção de leucócitos passiva. Por causa das diferenças de densidade, as células cancerosas tendem a se estabelecer no fundo dos poços (e isso só acontece em uma janela estreita), onde eles encontram os anticorpos. O restante do conteúdo de sangue permanece no topo dos poços e pode simplesmente ser removido pela lavagem. "

p Embora os testes iniciais com o chip tenham se concentrado no câncer de mama, Panchapakesan diz que o dispositivo pode ser configurado para detectar uma ampla gama de tipos de tumor, e os planos já estão em andamento para o desenvolvimento de um dispositivo avançado, bem como testes para outros tipos de câncer, incluindo câncer de pulmão e pâncreas. Ele diz que imagina o dia em que um dispositivo como o seu poderá ser usado não apenas para o acompanhamento regular de pacientes que tiveram câncer, mas no rastreio de cancro de rotina.

p "Imagine ir ao médico para o seu exame físico anual, "ele disse." Você tem sangue coletado e essa amostra de sangue pode ser testada para uma ampla gama de marcadores de células cancerígenas. Os cânceres seriam detectados em seu estágio inicial e em outros estágios de desenvolvimento, e os médicos teriam as proteínas ou informações genéticas necessárias dessas células capturadas para personalizar seu tratamento com base nos marcadores específicos para seu câncer. Esta seria realmente uma maneira de colocar sua saúde em suas próprias mãos. "