Cercetătorii de la MIT au dezvoltat un dispozitiv pentru colectarea celulelor în scopul detectării timpurii a cancerului
Cancerul ovarian este considerat unul dintre cele mai mortale tipuri de cancer, iar timpul de diagnosticare joacă un rol crucial: atunci când boala este identificată devreme, rata de supraviețuire pe cinci ani poate depăși 90%. În schimb, diagnosticarea tardivă, în stadiile 3 sau 4, reduce această rată la mai puțin de 50%.
În urmă cu aproximativ 20 de ani, cercetătorii care studiau cancerul ovarian au descoperit că multe cazuri de cancer ovarian seros de grad înalt, cea mai frecventă formă, își au originea în trompele uterine. Detectarea bolii în această zonă rămâne o provocare, parțial pentru că leziunile precursore pot fi microscopice și greu de prelevat.
Recent, o echipă de cercetători coordonată de profesorul Kripa Varanasi de la MIT, în colaborare cu colegi de la MIT și Universitatea Johns Hopkins, a dezvoltat un dispozitiv portabil capabil să colecteze cu delicatețe celule vii din locații specifice pentru a testa cancerul ovarian și alte tipuri de cancer. Această tehnică ar putea permite, în viitor, detectarea mai timpurie și mai eficientă a cancerelor, precum și crearea de tratamente personalizate bazate pe probele individuale ale pacienților.
Într-un studiu publicat în jurnalul Device, cercetătorii au demonstrat că sistemul lor permite prelevarea țintită de țesuturi recent excizate, recuperând celule vii pentru cultivare și testare. Dispozitivul menține un canal microfluidic mic împotriva țesutului și folosește o seringă pentru a pompa fluid prin canal, aplicând o forță paralelă cu suprafața țesutului pentru a desprinde cu blândețe celulele vii din secțiuni mici de țesut.
„Am dorit să colectăm celule vii din regiuni specifice ale trompei uterine, lăsând în același timp țesutul înconjurător intact. Odată ce avem aceste celule vii, putem face multe lucruri cu ele. Le putem folosi pentru diagnostice, le putem crește în organoizi și putem construi modele vii ale bolii. În cele din urmă, acest lucru ne-ar putea permite să testăm cum reacționează celulele unui pacient la diferite tratamente și să dezvoltăm medicamente mai personalizate”, a declarat Kripa Varanasi.
Printre autorii studiului se numără Domitille Avalle, Bert Vandereydt și Sean Parks. De asemenea, participă și Huaiyao Peng, Rebecca Stone și Angela Belcher, fiecare având un rol important în cercetarea acestui tip de cancer.
Descoperirea că multe forme de cancer ovarian seros de grad înalt își au originea în trompele uterine a deschis noi opțiuni de prevenire pentru femeile cu risc crescut, care pot opta pentru îndepărtarea trompelor uterine după perioada de maternitate, păstrând în mare parte producția normală de hormoni.
Rebecca Stone, oncolog ginecolog la Universitatea Johns Hopkins, a susținut de mult timp această procedură pentru anumite femei cu risc crescut de cancer ovarian. Angela Belcher l-a introdus pe Stone lui Varanasi, iar cei trei, împreună cu alți colaboratori, au obținut finanțare de la Break Through Cancer, o fundație care reunește echipe interdisciplinare pentru a aborda problemele dificile în oncologie. Proiectul lor se concentrează pe dezvoltarea de noi metode pentru detectarea timpurie a cancerului ovarian, tehnologia de colectare a celulelor fiind o parte importantă a acestui demers.
Cercetătorii au început prin a se întreba dacă pot colecta celule vii din anumite regiuni ale trompelor uterine îndepărtate pentru a studia cele mai timpurii etape ale bolii.
„Ideea a fost să vedem dacă putem găsi semnale timpurii din regiunile precanceroase de interes”, își amintește Varanasi.
Procesul tradițional implică plasarea trompelor uterine îndepărtate într-un conservant chimic și secționarea țesutului. Conservantul păstrează structura țesutului, dar celulele nu mai sunt vii și nu pot fi cultivate. Apoi, un patolog caută regiuni canceroase sau precanceroase în secțiuni subțiri ale țesutului sub un microscop.
„Este un proces foarte consumator de timp și distruge celulele”, spune Varanasi. „Am dorit să aducem noi capacități în patologie, astfel încât să putem nu doar să vedem cum arată aceste celule, ci și să le colectăm vii și să studiem cum se comportă.”
Cercetătorii de la MIT au observat procesul în timpul vizitelor efectuate în sala de operație la Johns Hopkins.
„Ne-a inspirat”, afirmă Varanasi. „Facem multă cercetare pe interfețele fluid-suprfață în laboratorul meu și ne-am dat seama că putem folosi un fluid în loc de un bisturiu sau o perie, deoarece atunci când curge un fluid, aplică stres de tăiere la interfață. Am crezut că ar putea funcționa, deoarece am auzit de la chirurgi că celulele din anumite locații erau slabe și s-ar desprinde în timpul spălării de rutină și altor proceduri.”
„Aceasta este exact genul de problemă care beneficiază de colaborarea dintre clinicieni și ingineri”, spune Stone. „Noi înțelegem nevoia clinică, în timp ce echipa de la MIT aduce o perspectivă foarte diferită din domeniul mecanicii fluidelor și ingineriei. Această combinație ne-a permis să abordăm problema într-un mod nou.”
Noua abordare a cercetătorilor utilizează un dispozitiv microfluidic imprimat 3D care formează un sigiliu de vid cu țesutul. Dispozitivul restricționează fluxul de lichid la o zonă mică, unde lichidul curgător creează stres de tăiere care desprinde cu blândețe celulele vii.
„Am venit cu acest dispozitiv în care o seringă creează un vid care îl menține împotriva țesutului, iar o a doua seringă împinge lichidul prin el”, explică Vandereydt. „Vidul creează un sigiliu, astfel încât nimic să nu scape, iar apoi aplicăm local ceea ce este practic un cip microfluidic pe țesut care desprinde cu blândețe celulele.”
Cercetătorii au demonstrat că pot regla stresul de tăiere aplicat țesutului și au comparat abordarea lor cu alte metode de colectare a celulelor. Au constatat că celulele colectate folosind tehnica lor au rămas viabile și au crescut în cultură mult mai ușor decât celulele desprinse prin metode convenționale.
În cele din urmă, cercetătorii au testat dispozitivul pe probe proaspete de trompe uterine umane, ceea ce a necesitat să fie disponibili pentru expedierea probelor de la colaboratorii lor de la Johns Hopkins. După experimente, probele au fost trimise înapoi pentru patologie convențională.
„Probele puteau veni în orice moment. Uneori, primeam un e-mail de la colaboratorii noștri la 11 seara spunând: ‘Vor veni două trompe uterine mâine’”, spune Vandereydt. „Am reușit să colectăm celule vii din aceste trompe uterine și să le transformăm în organoizi, ceea ce este important pentru testare, modelarea bolii și, în cele din urmă, dezvoltarea tratamentelor personalizate.”
„Dezvoltăm abordări optice pentru a identifica regiunile suspecte ale țesutului, iar această tehnologie ar putea permite colectarea celulelor vii din exact acele locații”, afirmă Belcher. „A avea posibilitatea de a observa mai întâi unde ar
