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新突破!美国研发出“可穿戴”癌细胞血检设备

日期:2019-05-26 17:58:56 来源: 中外医讯 点击:

近日,美国密歇根大学的研究人员发表论文说,他们开发出一种新的可穿戴设备原型机,可连续收集患者血液中活体癌细胞,提高癌症诊断和治疗效率。

这篇论文由密歇根大学罗格尔癌症中心乳腺癌研究教授丹尼尔·F·海耶斯(Daniel F. Hayes)医学博士发表在《自然·通讯》杂志上。海耶斯说:“没人喜欢做活体组织检查。但如果我们能从血液中获得足够的癌细胞,就能利用它们来检测癌细胞,直接对病人进行治疗。这就是我们开发这种设备的原因。”

肿瘤每分钟可向血液释放超过1000个癌细胞,但一次抽血检查出的癌细胞不会超过10个,因此即便晚期癌症患者也可能难以通过传统的抽血法检测出来。

这种新型可穿戴设备可连续几个小时直接从血管中抽取癌细胞,帮助监测患者的血液。研究人员对该设备进行了动物测试实验,结果显示,这种可穿戴设备上的癌细胞芯片从每毫升血液中抽取的癌细胞是抽血法的3.5倍。

“这是安全摄像头每五分钟拍摄一次快门或拍摄视频的区别。如果入侵者在快照之间进入,你就不会知道它,” 该设备的研发负责人、密歇根大学化学工程副教授Sunitha Nagrath博士说。

研究表明,大多数癌细胞无法在血液中存活,但那些存活下来的癌细胞更有可能引发新的肿瘤。通常,这些被称为“卫星肿瘤”(又称转移性肿瘤)才是致命的,而不是原始肿瘤。

这意味着,与传统活检相比,从血液中抽取癌细胞可以为患者提供更完善的治疗方案信息。

在科罗拉多州立大学弗林特动物癌症中心与兽医肿瘤学教授、临床研究主任道格拉斯·塔姆(Douglas Thamm)的合作中,该研究小组在狗身上测试了这种设备。他们在狗身上注射了人类癌细胞,这些癌细胞在实验后会被狗体内的免疫系统所清除,未造成后续伤害。

在可穿戴设备内部,血泵位于左上角,而肝素注射器则沿着盒子的近侧运行。绿色电路板控制血泵、肝素注射器,并提供显示数据。

 这款可穿戴设备的尺寸约为2×2.75×1英寸,顶部装有癌细胞捕获芯片。连接病人的导管从左上角的小孔穿过。 图源: Tae Hyun Kim提供

在注射后的头两个小时,研究人员给狗注射了一种温和的镇静剂,并连接到该设备上,该设备对狗体内1%到2%的血液进行了筛查,并每隔20分钟抽血一次作为对照。

该设备将一台烤箱大小的机器缩小到可以戴在手腕上,并连接到手臂上的静脉。来自密歇根大学的临床病理学教授和血库副主任Laura Cooling医学博士对产品的设计提供了帮助。

“最具挑战性的部分是将所有组件整合到一个设备中,要确保血液不会凝结,细胞不会阻塞芯片,整个设备是完全无菌的,” 曾在纳格拉斯实验室获电子工程博士学位,现为加州理工学院博士后学者Tae Hyun Kim说。

设备内部的绿色电路板控制着血泵、肝素注射器和显示数据。图源:Tae Hyun Kim提供

他们制定了将血液与肝素(一种防止凝血的药物)混合的方案,以及杀死细菌而不会伤害芯片上的细胞靶向免疫标记物或抗体的灭菌方法。Kim还将一些最小的医用级泵封装在一个3d打印的盒子里,盒子里装有电子设备和癌细胞获取芯片。

该芯片本身是纳格拉斯实验室中捕获率最高的设备之一,已获得最新突破。它使用纳米材料氧化石墨烯制造出密集的抗体尖端分子链,使其能够捕获流经它的全血中80%以上的癌细胞。该芯片还可以用来培养捕获的癌细胞,提供更大的样本供进一步分析。

在该设备的后续步骤中,该团队希望提高血液处理率。然后,在塔姆的带领下,他们将使用优化的系统捕获作为患者来到癌症中心的宠物狗的癌细胞。目前,纳格拉斯实验室正在开发针对犬乳腺癌细胞表面蛋白质的芯片。

海耶斯预计,该设备可能在未来3到5年内开始临床试验。它将用于帮助优化人类癌症的治疗方法,使医生能够看到癌细胞是否正在制造作为许多新型抗癌药物靶标的分子。

“这是精准医学的缩影,现在在肿瘤学领域非常令人兴奋,”海耶斯说。



(责任编辑:xgh)

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