Американские ученые разработали прибор для подсчета циркулирующих в крови раковых клеток, сообщает New Scientist. Устройство захватывает опухолевые клетки при помощи сделанных из ДНК щупалец, напоминающих щупальца медузы.
Результаты совместной работы исследователей из Brigham and Women’s Hospital (Бостон, штат Массачусетс), Калифорнийского университета (University of California) и Массачусетского технологического университета (MIT) опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Ныне существующие устройства, использующиеся для подсчета циркулирующих в крови пациента раковых клеток, основаны на принципах микрогидродинамики — области знаний, описывающей поведение малых объемов жидкостей. Они представляют собой ряд тонких канальцев, изнутри выстланных соединениями, улавливающими раковые клетки. При медленном пропускании образцов крови через канальцы опухолевые клетки наталкиваются на стенки канальцев и «прилипают» к ним. Однако этот метод обладает существенными недостатками — он не очень точен, когда речь идет о малом количестве количестве клеток, а также требует значительных временных затрат из-за низкой скорости потока крови, необходимой для захвата клеток.
«Мы подумали, что использующее принципы микрогидродинамики устройство с щупальцами как у медузы будет невероятно эффективным», — рассказал один из ведущих авторов работы Джефри Карп (Jeffrey Karp). Исследователи решили использовать щупальца, сделанные из аптамеров — цепочек ДНК, способных связываться с определенной молекулой. В данном случае в качестве молекулы-мишени был выбран белок под названием тирозинкиназа 7 (PTK7), в большом количестве присутствующий на поверхности раковых клеток.
Один конец аптамеров закреплен на стенке тонкого канала, через который пропускают кровь. На дне канала вырезаны желобки в форме елочки, благодаря которым в потоке жидкости возникают воронки. Завихрения способствуют перемешиванию крови и увеличивают вероятность контактирования опухолевых клеток с аптамерами. Это позволило изобретателям увеличить скорость, с которой кровь проходит через канал, без потери производительности устройства.
«В обычных приборах при высокой скорости потока у клетки мало шансов оказаться близко к поверхности канала, поэтому поймать ее очень сложно», — отметил Рохит Карник (Rohit Karnik), глава лаборатории в MIT. Сочетание «плавающих» щупалец и завихрений в потоке позволило ученым увеличить скорость прохождения крови в десять раз по сравнению с используемыми в настоящее время приборами. Выросла и эффективность прибора — щупальца могут захватывать от 60 до 80 процентов раковых клеток, тогда как уже существующие устройства из-за своих особенностей могут обнаружить только 10-20 процентов опухолевых клеток, циркулирущих в крови пациента.
Обнаружение, подсчет и дальнейший анализ циркулирующих опухолевых клеток важны для диагностирования раннего начала заболевания и определения наилучшего вида его терапии. При помощи подобных устройств также можно определить, насколько хорошо опухоль отреагировала на лечение химиотерапевтическими препаратами. По словам авторов работы, их устройство обладает еще одним преимуществом — раковые клетки гораздо легче отделить от аптамеров, чем от адгезивов, используемых в обычных приборах. Ученые надеются, что после дальнейшей оптимизации параметров прибора его можно будет использовать для проведения быстрых и точных анализов и ранней диагностики заболеваний.