Cercetător de la UVA primește finanțare federală pentru studierea celulelor circulante rare
Un cercetător de la Universitatea Virginia, din cadrul Școlii de Inginerie și Științe Aplicate, a obținut un grant federal important pentru a dezvolta instrumente inovatoare destinate studiului unor celule circulante rare din organismul uman, un pas către tratamente mai eficiente pentru boli precum cancerul și infecțiile.
Proiectul este condus de Nathan Swami, profesor de inginerie electrică și informatică, având și o colaborare cu Centrul de Cancer al Universității Virginia. Grantul de patru ani, în valoare de 1,1 milioane de dolari, acordat de Institutele Naționale de Sănătate, abordează o provocare de lungă durată în biologie și medicină: cercetătorii care folosesc metodele actuale de testare a celulelor pentru a studia sau dezvolta noi tratamente adesea nu reușesc să identifice celulele circulante rare, dar foarte influente, care sunt ascunse în populații celulare mai mari.
Majoritatea abordărilor existente se concentrează pe identificarea unor categorii largi – cum ar fi celulele roșii din sânge, celulele imune și altele. Totuși, în cadrul acestor grupuri există subpopulații mai mici de celule care pot influența progresia bolii, răspunsul la tratamente și chiar imunitatea, a declarat Swami. Cercetătorii au nevoie de instrumente mai eficiente pentru a observa nu doar compoziția chimică a acestor celule, ci și comportamentul lor fizic.
„Dezvoltăm instrumente care pot măsura la scară celulară și moleculară, dar ne concentrăm pe proprietățile fizice ale moleculelor și celulelor. Există multe funcții în corpul nostru unde proprietățile fizice fac o mare diferență”, a adăugat Swami.
De exemplu, cercetarea lui Swami se axează pe plasticitatea celulară – capacitatea celulelor de a-și schimba proprietățile fizice și de a se adapta la condiții noi. În boli precum cancerul sau infecțiile, subpopulațiile mici de celule pot influența rezultatele, deși reprezintă doar o fracțiune infimă din totalul populației celulare.
Totuși, pentru a le studia, cercetătorii au nevoie mai întâi de metode mai bune de identificare. Metodele actuale de biopsie funcționează bine pentru examinarea compoziției chimice a celulelor – ADN-ul și ARN-ul acestora – dar nu izolează celulele vii pentru a aduna informații despre proprietățile și comportamentul lor fizic. Grantul lui Swami are scopul de a dezvolta instrumentele necesare pentru a izola și studia aceste populații celulare circulante importante, astfel încât cercetătorii să poată elabora tratamente mai eficiente pentru îmbunătățirea sănătății pacienților.
Swami și echipa sa vor construi dispozitive microfluidice pentru a identifica tipurile de celule pe baza atributelor fizice, precum și instrumente computaționale bazate pe inteligență artificială pentru a efectua analiza de date la scară largă necesară interpretării informațiilor de la aceste dispozitive.
Sistemul lui Swami își propune să integreze dispozitive microfabricate, analize bazate pe rețele neuronale și decizii încorporate direct pe microcipuri – un tip de colectare de date la scară largă care devine practicabilă, deoarece puterea de calcul necesară pentru analiza în timp real începe acum să existe, a explicat el.
„Dorim să integrăm aceste instrumente cu electronica și sistemele, astfel încât cercetătorii să poată măsura proprietățile fizice ale celulelor individuale pe un microcip, iar apoi să decidă dacă să colecteze o subpopulație de celule și să dezvolte sisteme analitice cu funcții computaționale pentru a lucra cu celulele specifice de interes”, a declarat Swami.
În ceea ce privește instrumentele de diagnosticare, tehnologia ar putea extinde accesul la metodele de biopsie lichidă, care folosesc sânge sau alte fluide accesibile pentru a monitoriza progresia bolii sau răspunsul la tratament, în loc să se bazeze pe biopsii chirurgicale mai invazive pentru a colecta probe de țesut.
În viitor, aceasta ar putea însemna că, în loc de o biopsie chirurgicală urmată de rezultate de laborator întârziate și un plan de tratament eventual, medicii ar putea folosi acest dispozitiv pentru a crea o probă de biopsie lichidă din sânge pentru a măsura mai bine funcția actuală a celulelor și a aplica tratamentele pacienților mai rapid și mai direct.
Tehnologia ar putea, de asemenea, să ajute la distingerea modului în care celulele imune răspund la infecții sau să identifice celulele tumorale circulante care semnalează schimbări în progresia cancerului.
Proiectul lui Swami reflectă punctele forte mai ample ale Universității Virginia în cercetarea interdisciplinară, aducând împreună ingineria, medicina și știința analitică. Grantul, intitulat „Sistem de recunoaștere, urmărire și sortare activată prin impedanță inline pe baza metricilor biofizice ale celulelor individuale”, este finanțat prin Institutul Național de Științe Medicale Generale al NIH și se desfășoară până în martie 2030.
