Schallwellen trennen Tumor- und Blutzellen

Ein Werkzeug, das das Blut eines Krebspatienten auf seltene Tumorzellen testen kann, ist äußerst nützlich, um zu überprüfen, ob sich ein Tumor ausbreitet. Jetzt haben Wissenschaftler einen Weg gefunden, dies mit "gekippten" Schallwellen in einem Gerät zu tun, das nicht größer als eine kleine Münze ist und eine effektive Möglichkeit bietet, Zellen zu sortieren, ohne sie mit Chemikalien behandeln oder mechanisch verformen zu müssen.

Das Team besteht aus Mitgliedern des MIT (Cambridge, MA), der Pennsylvania State University (University Park, PA) und der Carnegie Mellon University (Pittsburgh, PA) und berichtet über seine Ergebnisse in der Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Schallwellen bieten eine Möglichkeit, Zellen zu sortieren, ohne sie Chemikalien oder schädlichen Kräften aussetzen zu müssen, wie Dr. Ming Dao, leitender Autor der neuen Studie, ein Hauptforschungswissenschaftler an der Abteilung für Materialwissenschaften und -technik des MIT erklärt:

"Akustischer Druck ist sehr mild und viel kleiner in Bezug auf Kräfte und Störungen der Zelle. Dies ist eine sehr schonende Art, Zellen zu trennen, und es ist keine künstliche Kennzeichnung notwendig."

Gekippte Schallwellen trennen Zelltypen effektiver

Es ist nicht der erste Versuch, Zellen und kleine Teilchen mit Schallwellen zu trennen. Wenn Sie eine Mischung aus Zellen oder Partikeln nehmen und sie in eine Richtung fließen lassen, können Sie ihre Bewegung sehr leicht ablenken, indem Sie sie Schallwellen aussetzen. Die Größe der Durchbiegung hängt von den physikalischen Eigenschaften der Zellen wie Größe und Komprimierbarkeit ab.

Aber frühere Bemühungen, Zellseparatoren mit Schallwellen arbeiten zu lassen, waren nicht in der Lage, den Unterschied in der Ablenkung groß genug zu machen, um die Zellen effektiv zu trennen.

Dr. Ming und seine Kollegen lösten das Problem mit gekippten Schallwellen. Diese kreuzen die Flugbahn der Zellen in einem Winkel, anstatt quer zu verlaufen, und stellen so sicher, dass jede Zelle auf ihrer Reise durch den Mikrokanal mehreren Niederdruckknoten begegnet, statt nur einer.

In ihrer Studie testete das Team zuerst ihr Gerät mit Kunststoffperlen und zeigte, dass es Perlen mit 9,9 Mikrometer von Perlen mit 7,3 Mikrometer Durchmesser mit einer Genauigkeit von 97% trennen könnte. Ein Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter.

Sie entwickelten das Gerät weiter, indem sie ein Computersimulationsmodul hinzufügten, das die Flugbahn eines Partikels durch den Mikrokanal anhand seiner Größe, Kompressibilität und Dichte und des Winkels der Schallwellen vorhersagen kann. Diese Funktion bedeutet, dass das Gerät angepasst werden kann, um verschiedene Arten von Partikeln oder Zellen zu sortieren.

71% der Tumorzellen wurden in einem Labor-Mix aus Brustkrebs und weißen Blutkörperchen gewonnen

Das Team testete auch, wie gut das Gerät MCF-7-Brustkrebszellen (20 Mikrometer Durchmesser) von weißen Blutzellen (12 Mikrometer Durchmesser) trennen konnte. Die Zellen unterscheiden sich auch durch Kompressibilität und Dichte.

Die Ergebnisse zeigten, dass der Zellsorter rund 71% der Krebszellen wiedergefunden hat.

Das Team plant nun, das Gerät im klinischen Umfeld mit Blutproben von Krebspatienten zu testen. Zirkulierende Tumorzellen sind sehr selten - ein Milliliter eines typischen Krebspatientenblutes enthält möglicherweise nur wenige Tumorzellen.

Die Forscher haben ihr Gerät zum Patent angemeldet. Sie sehen, dass es Ärzten hilft festzustellen, ob sich der Tumor eines Patienten auf andere Stellen des Körpers ausbreiten wird. Wenn Tumore dazu bereit sind, beginnen sie, Zellen auszusenden, die durch den Blutkreislauf wandern.

Die National Institutes of Health und die National Science Foundation unterstützten die Studie.

Sie können das Gerät in Aktion sehen, indem Sie das Video unten abspielen.

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