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I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno trovato un metodo di rilevamento che potrebbe rivoluzionare il trattamento del cancro mostrando come i tumori metastatizzano e in che stadio sono.
Il cancro si diffonde attraverso le cellule tumorali circolanti (CTC) che viaggiano attraverso il sangue ad altri organi e sono quasi impossibili da rintracciare. I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno trovato un metodo di rilevamento che potrebbe rivoluzionare il trattamento del cancro mostrando come i tumori metastatizzano e in che stadio sono. Ciò potrebbe portare a un trattamento più precoce e mirato, a partire da un semplice esame del sangue.
Quando un tumore inizia a metastatizzare, perde la sua cellula nel sangue. Una singola cellula spesso non sopravvive al flusso sanguigno da sola, ma gruppi di cellule sono molto più robusti e possono viaggiare verso altri organi, spingendo efficacemente il cancro a uno stato metastatico.
I CTC si sono dimostrati difficili da studiare, per non parlare del trattamento. Il sangue contiene miliardi di cellule per millilitro e solo una manciata di quelle cellule sarebbero CTC in un paziente con cancro metastatico.
Tale intensa filtrazione è stata inaccessibile utilizzando metodi di laboratorio convenzionali. La maggior parte della filtrazione tradizionale è troppo aggressiva e romperebbe l’aggregato in singole cellule e rovinerebbe la capacità di studiarne l’effetto.
”Questo è ciò che ha interessato gli ingegneri perché siamo davvero bravi a creare sensori o piccoli dispositivi che fanno analisi sensibili”, ha detto il professore associato della School of Electrical and Computer Engineering Fatih Sarioglu. “Abbiamo iniziato a sviluppare tecnologie per catturare queste preziose cellule per aiutare a gestire meglio il cancro”.
Il laboratorio di Sarioglu ha inventato un nuovo tipo di chip chiamato Cluster-Well, combinando la precisione dei chip microfluidici con l’efficienza della filtrazione a membrana per trovare cluster CTC. Utilizzando caratteristiche di dimensioni micron, i chip microfluidici possono localizzare con precisione ogni cellula in un campione di sangue e determinare se è cancerosa.
”I chip microfluidici ti danno più controllo come progettista per porre effettivamente qualsiasi domanda tu voglia porre a quelle cellule”, ha detto Sarioglu. “Aumenta la precisione e la sensibilità, che è ciò di cui hai bisogno per un’applicazione come questa quando si vuole trovare quella singola cellula da molte cellule del sangue”.
Per elaborare rapidamente un volume di sangue clinicamente rilevante, i ricercatori si sono affidati alla filtrazione a membrana per rendere l’operazione del chip più scalabile.
In effetti, il chip sembra un filtro a membrana standard, ma al microscopio elettronico il chip microfluidico rivela la sua delicata struttura utilizzata per catturare gli aggregati di cellule lasciando passare altre cellule del sangue.
La praticità era importante quanto la funzionalità per i ricercatori. Sebbene il chip sia inizialmente fabbricato con silicio proprio come un’unità di elaborazione centrale in un computer, viene successivamente trasferito ai polimeri per renderlo accessibile, economico e monouso, pur mantenendo la sua delicatezza e precisione.
”Rispetto a un chip microfluidico convenzionale, si otterrà un test molto più pratico con un miglioramento di ordini di grandezza nella produttività e una maggiore sensibilità”.
I ricercatori hanno utilizzato il chip per esaminare campioni di sangue da pazienti con tumori ovarici o prostatici attraverso una partnership con gli ospedali Emory e Northside.
Hanno isolato cluster CTC che vanno da due a 100 o più cellule di pazienti con cancro alla prostata e alle ovaie e hanno utilizzato il sequenziamento dell’RNA per analizzare un sottoinsieme.
Il design unico del chip significa che i cluster CTC sono filtrati in micro pozzetti e successivamente accessibili per ulteriori analisi. Anche un singolo CTC può contenere una quantità significativa di dati sul paziente e sul suo cancro specifico, che può essere fondamentale per la gestione della malattia.
Ad esempio, i ricercatori hanno notato centinaia di CTC in gruppi nel sangue di pazienti con cancro ovarico, alcuni ancora vivi, una scoperta che potrebbe essere consequenziale alla diffusione della malattia.
Inoltre, sequenziando l’RNA nei cluster CTC della prostata isolati dal chip, i ricercatori hanno identificato geni specifici espressi da queste cellule metastatizzanti.
È importante sottolineare che i cluster CTC di diversi pazienti hanno dimostrato di esprimere geni diversi, che possono essere potenzialmente utilizzati per sviluppare terapie personalizzate e mirate.
Sarioglu immagina Cluster-Wells come una parte di routine del processo di trattamento per determinare a quale stadio si trova il cancro da un semplice prelievo di sangue.
”Trovare questi ammassi è stato molto sfuggente”, ha detto Sarioglu. “Ma questa è una tecnologia che consente a questi preziosi cluster di cellule tumorali circolanti praticamente in qualsiasi cancro di accedere con precisione e praticità che non è stata possibile prima”.
Foto: Georgia Institute of Technology
