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微流控设备捕获脑肿瘤脱落的细胞外囊泡

导读精确的癌症治疗依靠获得有关肿瘤的分子信息来指导有效的治疗决策。由于脑肿瘤的针头活检是侵入性的且困难的,因此生物工程师已经开发了捕获

精确的癌症治疗依靠获得有关肿瘤的分子信息来指导有效的治疗决策。由于脑肿瘤的针头活检是侵入性的且困难的,因此生物工程师已经开发了捕获脑肿瘤释放的细胞外囊泡(EV)的微技术。囊泡携带突变的遗传物质和蛋白质样品,引起恶性肿瘤,研究人员希望对其进行分析以优化治疗方法。

尽管它们携带大量信息,但来自肿瘤的电动汽车是非常小的颗粒,由脂质制成,并且相对罕见。因此,研究人员开发了微流体设备,可以从患者身上采集少量血液,并捕获电动汽车及其内含物进行分析。Nature Communications报道的工作描述了一种新的微流控设备EVHB-Chip的开发,该设备显着提高了从小于一滴血液的体积中捕获电动汽车的能力。

从癌细胞中分离出这些稀有EV的一个主要因素是,它们与来自健康细胞的数十亿EV混合在一起,这些EV似乎是用于改变或增强周围细胞功能的通信网络的一部分。例如,在健康细胞中,电动汽车包含可操纵其细胞微环境以促进伤口愈合的核酸子集。相反,癌症电动汽车携带的分子会通过血管生成(新血管的形成),侵袭性和转移来促进癌症扩散。

在马萨诸塞州总医院医学工程中心的助理教授Shannon Stott博士的带领下,生物工程师设计了带有交错人字形表面的微流控芯片。人字形腔室涂有已知与脑肿瘤中发现的蛋白结合的抗体,这些蛋白携带在电动汽车的表面。人字形结构产生的湍流提高了EV产量,从而增加了EV与腔室壁上的捕获抗体发生碰撞的频率。

研究人员使用EVHB-Chip分析了13例多形性脑肿瘤胶质母细胞瘤(GBM)患者的血液样本。EVHB芯片成功地从所有13位患者中分离出足够多的肿瘤特异性EV,以分析存在的癌症基因。分析显示,高水平的超过50种癌症相关基因,包括癌症特异性GBM突变EGFRvIII。

“直到现在,我们一直主要与循环肿瘤细胞(CTC)合作,这些肿瘤细胞会从肿瘤中脱落,并且可以使用微流控技术捕获,以获取指导治疗决策的信息,” Stott解释说。“但是,就脑癌而言,CTC可能无法通过血脑屏障。电动汽车的微粒要小得多,更容易从大脑出来进入循环系统,这就是为什么我们正在磨练微流体技术来捕获这些小型电动汽车,并利用它们携带的信息来最终优化脑癌治疗。”

“我们也对这项技术在小儿脑癌患者中的潜力感到兴奋,因为从中只能获得非常少量的血液,尤其是反复监测治疗效果的血液。有效性通过治疗过程中捕获的电动汽车中分子的变化来衡量。” Stott说。

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