액체 생검 칩

크레이지 슬롯 연구원들은 혈액 한 방울로 전이성 암 세포를 감지하는 "액체 생검"칩을 구축합니다

기존의 미세 유체 장치보다 효과적으로, 획기적인 기술은 많은 암에 대한 간단한 혈액 검사의 임상 개발을위한 길을 열어줍니다..
2016 년 12 월 15 일

WPI (슬롯 사이트)의 기계 엔지니어가 개발 한 칩은 암 환자로부터 채취 한 소량의 혈액에서 전이성 암 세포를 포획하고 식별 할 수 있습니다. 획기적인 기술은 많은 기존 장치에서 사용 된 미세 유체 접근법보다 암 세포를 포획하는 데 더 효과적인 것으로 보이는 간단한 기계적 방법을 사용합니다..

크레이지 슬롯 장치는 작은 우물 바닥에 탄소 나노 튜브 배열에 부착 된 항체를 사용합니다. 암 세포는 우물의 바닥에 정착하여 표면 마커에 기초하여 항체에 선택적으로 결합합니다 (다른 장치와 달리 칩은 또한 암 세포에 의해 생성 된 엑소 좀이라고 불리는 작은 구조를 포획 할 수 있습니다). 이 "액체 생검"저널의 최근 호에 설명Nanotechnology, 전이의 초기 징후를 신속하게 감지하고 의사가 식별 된 특정 암 세포를 대상으로하는 치료를 선택할 수 있도록 간단한 실험실 테스트의 기초가 될 수 있습니다..

시청 : 크레이지 슬롯의 액체 생검 칩이 간단한 혈액 검사에서 암 세포를 포착하는 방법


Panchapakesan, 오른쪽 및 박사후 연구원

액체 생검 칩의 프로토 타입을 가진 Farhad Khosravi.

전이는 암이 한 장기에서 다른 부분으로 퍼질 수있는 과정, 일반적으로 혈류에 들어가는 과정입니다. 다른 유형의 종양은 특정 장기 및 조직에 대한 선호를 보여줍니다. 예를 들어 순환 유방암 세포는 뼈, 폐 및 뇌에 뿌리를 내릴 가능성이 높습니다. 전이성 암에 대한 예후 (IV 기 암이라고도 함)는 일반적으로 열악하므로, 먼 부위에서 새로운 종양의 종양을 형성 할 수있는 기회가 있기 전에 이러한 순환 종양 세포를 감지 할 수있는 기술은 환자의 생존 확률을 크게 증가시킬 수 있습니다..

“순환 종양 세포를 포착하는 데 중점을 두는 것은 아주 새롭습니다.”Balaji Panchapakesan, 크레이지 슬롯의 기계 공학 부교수 및 소규모 시스템 실험실 책임자. "건초 더미에서 바늘을 찾는 것과는 달리 매우 어려운 도전입니다. 수십억 개의 적혈구, 수만 개의 백혈구가 있으며, 아마도 그 사이에 떠 다니는 적은 수의 종양 세포만이 있습니다. 우리는 그 세포를 높은 정밀도로 어떻게 포착 할 수 있는지 보여주었습니다.".


크레이지 슬롯 장치의 웰 중 하나의 단면, 암 세포가 어떻게 바닥에 가라 앉는지를 보여줍니다.

탄소 나노 튜브에 결합 된 항체에 의해 포획 된 혈액 샘플. 바운드 셀

전극에 의해 감지되는 전기 응답을 트리거합니다.

Panchapakesan 팀이 개발 한 장치에는 각각 약 10 분의 1 인치 (3 밀리미터)의 작은 요소가 포함되어 있습니다. 각 요소는 우물이 있으며, 그 바닥에는 탄소 나노 튜브에 부착 된 항체가 있습니다. 각각의 우물은 표면의 유전자 마커에 기초하여 한 유형의 암 세포 유형에 선택적으로 결합 할 특정 항체를 보유한다. 구색의 항체로 요소를 파종함으로써, 장치는 단일 혈액 샘플을 사용하여 여러 가지 다른 암 세포 유형을 포착하도록 설정할 수있다. 실험실에서 연구원들은 혈액의 0.3 온스 (0.85 밀리 리터) 미만을 사용하여 총 170 개의 우물을 채울 수있었습니다. 작은 샘플이 있더라도 장치 당 하나와 천 셀 사이에서 62 ~ 100 % 사이의 캡처 효율을 캡처했습니다.

저널에 출판 된 논문Nanotechnology [“정적 마이크로-어레이 절연, 동적 시계열 분류, 혈액에서 스파이크 유방암 세포의 캡처 및 열거 : Nanotube – CTC Chip”], Panchapakesan 팀은이 논문의 주요 저자 인 Farhad Khosravi와 Louisville 대학과 Thomas Jefferson University의 연구원 인 Farhad Khosravi가 포함 된 전이성 유방암, Epcam 및 Her2의 두 마커에 특이적인 항체가 칩의 탄소 나노 튜브에 부착 된 연구를 설명합니다. 이들 마커를 발현하는 세포로 "스파이크"된 혈액 샘플이 칩에 배치되었을 때, 장치는 표시된 세포 만 안정적으로 포착하는 것으로 나타났다..

Panchapakesan은 종양 세포를 포착하는 것 외에도 칩은 암 세포에 의해 생성되고 동일한 마커를 운반하는 엑소 좀이라고 불리는 작은 구조물에 걸릴 것이라고 말했다. "이러한 매우 애매 모호한 3 나노 미터 구조는 너무 작아서 잠재적으로 파괴 할 수있는 전단력으로 인해 미세 유체와 같은 다른 유형의 액체 생검 장치로 포착 될 수 없다"고 그는 지적했다. "우리의 칩은 현재 순환 종양 세포와 엑소 좀을 칩에서 직접 포착 할 수있는 유일한 장치이며, 이는 전이를 감지하는 능력을 높일 수있는 유일한 장치입니다. 이는 엑소 좀으로 배설 된 작은 단백질이 효과적인 암 전달 및 치료에 대한 주요 장벽이 될 수있는 반응을 일으킬 수 있다는 것을 암시하기 때문에 중요 할 수 있습니다."

크레이지 슬롯의 소규모 시스템 실험실에서 개발 된 액체 생검 칩의 클로즈업. 칩에 새겨진 76 개의 테스트 단위가 있습니다.

칩은 실험실에서 테스트됩니다. 전극은 암 세포가 포획 될 때 발생하는 전기 변화를 감지합니다.

Panchapakesan은 그의 팀이 개발 한 칩에는 다른 액체 생검 장치에 대한 추가 이점이 있으며, 대부분은 미세 유체를 사용하여 암 세포를 포착합니다. 미세 유체 칩보다 순환 종양 세포를 훨씬 더 효율적으로 포착 할 수있을뿐만 아니라 (이동식 액체의 흐름에서 지나갈 때 세포가 고정 된 항체에 걸리야하는지) 크레이지 슬롯 장치는 다른 세포로부터 암 세포를 분리하는데 매우 효과적이다..

칩에 대한 초기 테스트는 유방암에 초점을 맞추고 있지만 Panchapakesan 은이 장치가 광범위한 종양 유형을 감지하기 위해 설치 될 수 있으며 이미 고급 장치의 개발 및 폐 및 췌장암을 포함한 다른 암 유형에 대한 검사에 대한 계획에 포함되어 있다고 말합니다. 그는 암과 같은 장치가 암에 걸린 환자뿐만 아니라 일상적인 암 스크리닝에서 정기적 인 후속 조치를 취할 수있는 날을 계획하고 있다고 말합니다.

“매년 신체적으로 의사에게가는 것을 상상해보십시오.”라고 그는 말했다. “혈액을 뽑았으며 하나의 혈액 샘플이 포괄적 인 암 세포 마커에 대해 테스트 할 수 있습니다. 암은 가장 빠른 단계와 다른 단계의 발달 단계에서 잡힐 것이며, 의사는이 포획 된 세포에서 필요한 단백질 또는 유전자 정보를 암에 대한 특정 마커를 바탕으로 치료를 사용자 정의 할 수 있습니다. 이는 실제로 자신의 건강을 손에 넣을 수있는 방법입니다. ".

“백혈구는 특히 혈액이 많고 암 세포로 오인 될 수 있기 때문에 문제가된다”고 그는 말했다. "우리의 장치는 수동 백혈구 고갈 전략이라고 불리는 것을 사용합니다. 밀도 차이로 인해 암 세포는 웰의 바닥에 정착하는 경향이 있습니다 (그리고 이것은 좁은 창에서만 발생합니다). 혈액 내용물의 나머지 부분은 단순히 씻을 수 있습니다.".