Российские и индийские ученые создали устройство для раннего выявления сигналов метастазов, способствуя улучшению диагностики рака.
Ученые Южного федерального университета (ЮФУ) в составе международной команды создали инновационный прибор для выявления в крови раковых клеток опухолей. Новый чип позволяет выявлять единичные циркулирующие опухолевые клетки (ЦОК), которые ответственны за образование метастаз в различных органах. Исследование опубликовано в журнале Microchemical Journal.
Метастазы – вторичные опухоли – возникают из-за отделяющихся от первичного новообразования отдельных клеток, которые с током крови или лимфы попадают в другие ткани. Циркулирующие опухолевые клетки крайне редки: на миллиарды нормальных клеток приходится лишь несколько "предвестников" метастазов, отмечают специалисты ЮФУ.
«Отсюда и требование, чтобы устройство для улавливания ЦОК было исключительно избирательным к злокачественным клеткам и при этом не повреждало их в процессе захвата. На сегодняшний день в клинической практике используют достаточно сложные и дорогостоящие методы, такие как проточная цитометрия, а также МРТ и КТ, требующие специального оборудования и высокой квалификации персонала», — рассказал заместитель директора Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ Александр Гуда, один из авторов разработки.
Исследователи ЮФУ вместе с коллегами из Красноярского государственного медицинского университета, научного центра Сибирского отделения РАН, Красноярского краевого онкологического диспансера и Панджабского университета (Индия) создали новый прибор, который выявляет редкие "предвестники" метастазов в нескольких миллилитрах крови пациента. Механизм работы чипа размером с монету основан на захвате раковых клеток через рецепторы фолиевой кислоты, которых у здоровых клеток значительно меньше.
«Внутренние стенки канала покрыты пленкой из природного полимера хитозана, полученного из панцирей ракообразных, на которую закреплены молекулы-ловушки: фолиевая кислота и синтетические аптамеры — фрагменты ДНК, специально цепляющиеся за раковые клетки. Кровь просачивается через этот лабиринт, раковые клетки прилипают к стенкам, а остальные проходят дальше. За 20 минут из нескольких миллилитров крови удается отловить редкие «вестники» метастазов в живом виде, что позволяет врачам мониторить болезнь при помощи обычного анализа крови», — пояснил Александр Гуда.
На данный момент данное устройство адаптировано для выявления клеток опухолей молочной железы. Эксперименты подтвердили, что метод позволяет определить 80–91 % циркулирующих опухолевых клеток и при этом не даёт ложноположительных показаний у здоровых пациентов. Более 95 % пойманных клеток сохраняют жизнеспособность и не повреждаются, что особенно ценно для их последующего молекулярного анализа, подчеркнули в ЮФУ.
«Для аналогичных диагностических целей часто применяются иммуномагнитные и микрожидкостные технологии, однако в большинстве случаев забранные клетки приходится вручную переносить в специальные модули для исследования, что приводит к их потере и повреждению. Наш подход отличается доступностью как в экономическом плане, так и в технологическом. Один чип размером с монету можно распечатать на 3D-принтере примерно за 45 минут, а "начинку" легко адаптировать под конкретный тип рака», — добавил Александр Гуда.
Полученные данные служат лишь отправной точкой для предстоящих клинических тестирований. На данный момент специалисты Южного федерального университета продолжают совершенствовать геометрию микрофлюидных устройств, а исследователи из Красноярска работают над увеличением избирательности захвата клеток с помощью аптамеров.
В перспективе разработка может стать основой для создания мультифункциональных диагностических систем, способных одновременно выявлять разнообразные типы раковых клеток, что значительно повысит эффективность ранней диагностики и мониторинга онкологических заболеваний. Кроме того, планируется интеграция технологии с искусственным интеллектом для автоматического анализа данных и прогнозирования прогрессирования заболевания. Это откроет новые возможности для персонализированной медицины, позволяя более точно подбирать терапию и своевременно корректировать лечение в зависимости от динамики состояния пациента.
