癌癥治療的一大利器：可直接從血液檢測(cè)癌細(xì)胞的“可穿戴”設(shè)備

這款經(jīng)過動(dòng)物模型測(cè)試的可穿戴設(shè)備原型可以直接從患者血液中連續(xù)收集活的癌細(xì)胞
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據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，由密歇根大學(xué)（University of Michigan）的工程師和醫(yī)生團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一款可穿戴設(shè)備可以幫助醫(yī)生更有效地診斷和治療癌癥。

在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表論文的高級(jí)作者Daniel F. Hayes表示，“沒有人想要進(jìn)行活組織檢查，如果我們能夠從血液中獲取足夠的癌細(xì)胞，我們可以用它們來進(jìn)行腫瘤生物學(xué)研究，并直接為患者提供醫(yī)療服務(wù)，這就是我們?yōu)橹Φ脑??！?Daniel F. Hayes是密歇根大學(xué)Rogel癌癥中心致力于乳腺癌研究的醫(yī)學(xué)博士

腫瘤可以在1分鐘內(nèi)將超過1000個(gè)癌細(xì)胞釋放到血液中去。目前捕獲癌細(xì)胞的方法依賴于患者血樣，通常一次的抽取量不會(huì)超過一湯匙。即使是癌癥晚期，有些患者的血樣中也沒有癌細(xì)胞，典型血樣中一般不會(huì)超過10個(gè)癌細(xì)胞。

只需要在醫(yī)院呆幾個(gè)小時(shí)，這款新設(shè)備便能夠直接從靜脈血中連續(xù)捕獲癌細(xì)胞，并篩選更大量的患者血液。在動(dòng)物試驗(yàn)中，與傳統(tǒng)的血液抽取樣本相比，可穿戴設(shè)備中的細(xì)胞抓取芯片每毫升血液中捕獲的癌細(xì)胞數(shù)量是其3.5倍。

主導(dǎo)該設(shè)備開發(fā)的密歇根大學(xué)化學(xué)工程系副教授Sunitha Nagrath指出，“這就像是安防攝像頭每隔5分鐘拍攝一張快照和拍攝一段視頻的區(qū)別。如果入侵者在快照之間進(jìn)入，你就不會(huì)發(fā)現(xiàn)它。” Nagrath同時(shí)也是Rogel癌癥中心和密歇根大學(xué)生物接口研究所的一員。

研究人員表示，大多數(shù)癌細(xì)胞不能在血液中存活，但是那些癌細(xì)胞更可能形成新的腫瘤。與原始腫瘤相比，這些通常被稱為轉(zhuǎn)移灶的周邊腫瘤是致命的。這意味著從血液中捕獲的癌細(xì)胞可以提供比傳統(tǒng)活檢更好的計(jì)劃治療信息。

該團(tuán)隊(duì)與來自科羅拉多州立大學(xué)（Colorado State University）Flint動(dòng)物癌癥中心的獸醫(yī)腫瘤學(xué)教授兼臨床研究主任Douglas Thamm合作，使用該裝置對(duì)狗進(jìn)行了測(cè)試。他們給健康成年動(dòng)物注射了人類癌細(xì)胞，這些細(xì)胞將在幾小時(shí)內(nèi)被狗的免疫系統(tǒng)消除，并且沒有持久性影響。

在注射后的兩小時(shí)內(nèi)，研究人員給狗注射溫和的鎮(zhèn)定劑并連接到該裝置，該裝置會(huì)篩選1-2%的血液。與此同時(shí)，每20分鐘對(duì)狗進(jìn)行抽血，血樣中的癌細(xì)胞會(huì)被相同設(shè)計(jì)的芯片收集起來。

該裝置將通常達(dá)到烤箱尺寸大小的機(jī)器縮小到可以佩戴在手腕上，并連接到手臂靜脈的設(shè)備。為了獲得設(shè)計(jì)方面的幫助，工程團(tuán)隊(duì)求助了密歇根大學(xué)臨床病理學(xué)教授和血庫副主任Laura Cooling，她將負(fù)責(zé)管理全尺寸系統(tǒng)。

該裝置內(nèi)的綠色電路板控制血泵、肝素注射器和顯示數(shù)據(jù)

Tae Hyun Kim博士表示，“最具挑戰(zhàn)的部分是將所有組件集成到一個(gè)裝置中去，并確保血液不會(huì)凝結(jié)，細(xì)胞不會(huì)堵塞芯片，并且整個(gè)裝置是完全無菌的?！彼贜agrath的實(shí)驗(yàn)室獲得了電氣工程博士學(xué)位，現(xiàn)在是加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）的博士后研究員。

他們制定了將血液與肝素（一種抗凝血的藥物）混合的方案，以及殺死細(xì)菌而不會(huì)傷害芯片上的細(xì)胞靶向免疫標(biāo)記物或抗體的滅菌方法。Kim還在包含電子原件和癌細(xì)胞捕獲芯片的3D打印盒中封裝了一些最小的醫(yī)療級(jí)泵。

該芯片本身是一項(xiàng)新技術(shù)，成為了Nagrath實(shí)驗(yàn)室捕獲率最高的裝置之一。它使用了納米材料氧化石墨烯來制造抗體尖端分子鏈的密林，使其能夠捕獲流經(jīng)全血中超過80%的癌細(xì)胞。該芯片還可以用于培養(yǎng)捕獲的癌細(xì)胞，以生成更大的樣本用于進(jìn)一步分析。

針對(duì)該裝置的下一步，團(tuán)隊(duì)希望提高血液處理率。然后，在Thamm的帶領(lǐng)下，他們將使用優(yōu)化的系統(tǒng)捕獲來自癌癥中心，作為患者的寵物狗身上的癌細(xì)胞。目前，Nagrath實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)面向犬乳腺癌細(xì)胞表面蛋白質(zhì)的芯片。

Hayes預(yù)計(jì)該裝置可以在未來3到5年內(nèi)開始進(jìn)行人體試驗(yàn)。通過該裝置幫助醫(yī)生查看癌細(xì)胞是否正在制造作為靶點(diǎn)的腫瘤分子，以用于新型抗癌藥物的研究，進(jìn)而用于幫助優(yōu)化人類癌癥患者的治療。

Hayes總結(jié)道，“這就是精準(zhǔn)醫(yī)療的縮影，在現(xiàn)有腫瘤學(xué)領(lǐng)域也是令人振奮的研究成果?！?/p>