No trabalho que poderia melhorar a compreensão de como o câncer se espalha, uma equipe de engenheiros e pesquisadores médicos da Universidade de Michigan desenvolveu um novo tipo de chip microfluídico que pode capturar raros, células cancerosas agressivas, desenvolva-os no chip e libere células individuais sob demanda.

Pela primeira vez, eles podem comparar facilmente duas células "irmãs" diferentes - nascidas da mesma célula cancerosa original - para explorar como genes diferentes são ativados e desativados à medida que as células cancerosas se dividem e se espalham. Estudos com o novo chip também podem revelar por que algumas células cancerosas são resistentes aos medicamentos.

O objetivo final do projeto - liderado por Euisik Yoon, professor de engenharia elétrica e ciência da computação - deve descobrir o que impulsiona os processos de "auto-renovação" que permitem que essas células cancerosas agressivas se comportem como células-tronco.

Essas células são conhecidas como células-tronco cancerosas. Eles são capazes de se dividir e se transformar em diferentes tipos de células cancerosas, com diferentes genes ligados ou desligados. Os pesquisadores do câncer acreditam que, se as propriedades semelhantes a caules puderem ser desligadas, o câncer não será capaz de crescer e se espalhar.

"Quando um tumor se forma, algumas células-tronco cancerígenas mantêm a estabilidade, enquanto outros são diferenciados. Compreendendo isso, saberemos mais sobre a formação de tumor e descobriremos maneiras de inibi-lo, "disse Yu-Chih Chen, um cientista pesquisador em engenharia elétrica e ciência da computação e coautor em um artigo recém-publicado em ACS Nano .

A base do novo chip é composta por nanotubos de carbono recobertos por um revestimento plástico. Quando uma célula cancerosa se instala no chip, ele adere a esse revestimento. Para liberar o celular, os pesquisadores lançaram pulsos extremamente curtos de luz laser perto dele. A luz é prontamente absorvida pelos nanotubos de carbono, aquecendo-os com flash, enquanto o plástico isola a célula.

O calor faz com que o ar preso entre os nanotubos e o plástico se expanda, soprando uma bolha sob a célula. Quando a bolha estoura através do plástico, a célula se separa. Então, a célula pode ser eliminada do chip e capturada para o perfil genético.

A maioria dos métodos existentes para liberar células cancerosas capturadas individualmente danificam as células ou não podem retirá-las do chip de maneira confiável. O laser era preciso o suficiente para destacar um lado de uma célula, deixando o outro lado ancorado.

E o processo de desprendimento da bolha foi tão suave que até mesmo as proteínas da superfície da membrana celular ficaram ilesas. As proteínas de superfície são uma via não destrutiva importante para a identificação de células-tronco cancerígenas.

Para começar a explorar as diferenças na expressão gênica entre células irmãs, a equipe primeiro olhou para um gene chamado Notch, que está associada a células-tronco normais e cancerosas. Se Notch foi expresso nas células filhas, era uma indicação aproximada de que a divisão estava se renovando. Uma célula Notch positiva poderia passar a produzir duas células que expressam o mesmo gene, um Notch positivo e um Notch negativo, ou duas células Notch-negativas.

Suas análises demonstraram que Notch não serve como um único indicador para as propriedades semelhantes a tronco de uma célula cancerosa. Outros genes associados a células-tronco podem ser ativados ou desativados em células-filhas com qualquer expressão Notch.

A tarefa à frente dos pesquisadores do câncer, com a ajuda do novo chip, é identificar quais desses genes são essenciais para a capacidade de autorrenovação de uma célula-tronco do câncer. Se eles puderem ser desligados, forçando todas as células-tronco cancerosas a produzir apenas células não-tronco quando se dividem, pode ser possível subverter a capacidade do tumor de crescer e se espalhar.

“Se identificarmos alguns genes-chave, ou um alvo potencial de drogas, em seguida, os pesquisadores farmacêuticos podem desenvolver um composto para atingir esse alvo de droga, "Chen disse.

Os testes de drogas inspiraram Yoon a desenvolver este chip. Em chips anteriores, alguns tratamentos sobreviveram ao câncer, e ele queria entender melhor essas células.

"Algumas células são muito resistentes; algumas são facilmente mortas, "disse Yoon, que também é professor de engenharia biomédica. "Queríamos retirar células individuais após a triagem de drogas e olhar seus perfis genéticos para ver se podemos ver o que torna as células cancerígenas semelhantes."

Experimentos futuros podem levar ao que alguns pesquisadores do câncer chamam de "curas funcionais, "semelhante ao tratamento do HIV. O câncer não precisa necessariamente ser erradicado. Impedir que o câncer se espalhe pode ser o suficiente para permitir que um paciente com câncer viva uma vida saudável.

Este trabalho é relatado em um artigo intitulado "Seletiva foto-mecânica descolamento e recuperação de células irmãs divididas de microfluídica fechada para análises posteriores."