Ученые разрабатывают чип для раннего обнаружения метастаз

Микрофлюидный чип. Фото: Анастасия Тамаровская, пресс-служба ФИЦ КНЦ СО РАН

Быстрое обнаружение рака — серьёзный вызов для современной медицины. Один из способов его решения — создание биосенсоров для ранней диагностики заболевания путем обнаружения циркулирующих опухолевых клеток — клеток опухоли, которые распространяются по организму через кровь и лимфу и являются важным компонентом метастатического процесса, поскольку могут давать начало новым метастазам.

Ученые Красноярского научного центра СО РАН и Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого разработали микрофлюидный чип на основе аптамеров, который в перспективе может использоваться для обнаружения циркулирующих опухолевых клеток. Это изобретение может упростить и улучшить раннюю диагностику рака.

Микрофлюидные чипы традиционно используются для сортировки и отбора здоровых клеток при ЭКО. Однако учёные из Красноярска решили применить этот подход для обнаружения опухолевых клеток в кровотоке. Они разработали чип из двух пластин термопластика полиметилметакрилата. Этот материал обладает прозрачностью, биосовместимостью и простотой модификации, а также хорошо изучен для возможности массового производства. Внутри устройства имеется реакционная камера в виде змеевидного канала шириной 1,5 миллиметра и длиной около 18 миллиметров. Внутри камеры закреплены аптамеры — небольшие одноцепочечные молекулы ДНК или РНК, или, как их часто называют, «синтетические антитела». Чип работает следующим образом: опухолевые клетки попадают в реакционную камеру, где они взаимодействуют с аптамерами и «садятся» на стенки камеры.

Работа чипа была протестирована на модельной культуре клеток рака молочной железы. Опухолевые клетки начинали стабильно прикрепляться к поверхности, покрытой аптамерами при скорости потока менее 2 микролитров в минуту. Они удерживались достаточно прочно и не отрывались от поверхности канала даже при повышении скорости потока до 200 микролитров в минуту. Исследователи считают, что в случае дальнейшего развития устройство может стать важным инструментом для ранней диагностики онкологических заболеваний.

Микрофлюидный чип для фиксации опухолевых клеток, проходящих в потоке через чип. Фото: Анастасия Тамаровская, пресс-служба ФИЦ КНЦ СО РАН

«Мы разработали микрофлюидную оптическую систему на основе аптамеров, которая может быть использована для обнаружения циркулирующих опухолевых клеток. К плюсам оптических аптасенсоров относится упрощенная технология производства и низкая стоимость. В перспективе надо уменьшить высоту канала для увеличения вероятности контакта клеток с поверхностью чипа, разработать метод оценки эффективности связывания раковых клеток и провести эксперименты на образцах крови онкологических пациентов для выявления в них циркулирующих опухолевых клеток. Эти работы планируем проводить в том числе в сотрудничестве с нашими коллегами из Международного исследовательского института интеллектуальных материалов Южного федерального университета. Разработанная оптическая тест-система на основе аптамеров может быть использована для диагностики различных видов опухолей, не ограничиваясь раком молочной железы. В перспективе возможно создание системы с несколькими зонами, в которых будут размещены аптамеры для разных видов рака. Таким образом, будет достигнута дифференцированная диагностика опухолевых заболеваний», — рассказывает Кирилл Лукьяненко научный сотрудник Лаборатории цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН».

Кирилл Лукьяненко научный сотрудник лаборатории цифровых управляемых лекарств ФИЦ КНЦ СО РАН. Фото: Анастасия Тамаровская, пресс-служба ФИЦ КНЦ СО РАН