Акустическая сепарация циркулирующих опухолевых клеток
Acoustic separation of circulating tumor cells. Peng Li, Zhangming Mao, Zhangli Peng, et al. PNAS. 2015. Vol. 112. No 16. P. 4970–4975.
Известно, что проще всего справиться с любыми онкологическими заболеваниями на ранних стадиях, когда опухоль еще не сформировалась, но опухолевые клетки уже присутствуют в организме, находясь в крови. Циркулирующие в крови опухолевые клетки (circulating tumor cells, CTC) впервые наблюдал в 1869 г. Томас Эшворд, который и высказал предположение о связи механизма метастазирования опухолей с этими клетками. В 1990-х гг. ученые обнаружили, что циркулирующие опухолевые клетки наблюдаются на ранних стадиях развития опухоли, поэтому их обнаружение может играть важную роль в диагностики. Удаление СТС из крови пациента – лучший способ борьбы с онкологическими заболеваниями на самых ранних стадиях. На сегодняшний день в случае ранней диагностики рака может применяться отделение опухолевых клеток от здоровых с помощью центрифуги: в течение 10 мин. вращения в центрифуге образец крови совершает несколько тысяч оборотов, в результате чего опухолевые клетки отделяются от здоровых.
Однако этот метод недостаточно эффективен и точен. Циркулирующие опухолевые клетки очень трудно найти, так как их содержание в крови крайне невелико. Один миллилитр образца крови, содержащий около 5 млрд эритроцитов, может содержать только около 10 циркулирующих опухолевых клеток. Авторы разработали новое устройство, которое определяет наличие CTC. Метод основан на разделении опухолевых и здоровых клеток при помощи звуковых волн. Устройство состоит из двух акустических преобразователей, расположенных по бокам небольшого канала (микрожидкостного чипа), где размещается исследуемый образец крови. Датчики, продуцирующие звуковые волны, расположены под углом таким образом, что они создают стоячую волну с участками высокого и низкого давления. Акустические волны позволяют произвести разделение здоровых и опухолевых клеток, используя отличия в их форме и степени сжимаемости. Авторы провели эксперимент на образце с двумя типами циркулирующих опухолевых клеток и обнаружили, что устройство успешно отделило 83 % таких клеток из образцов, которые содержали всего лишь одну раковую клетку на 100 тыс. белых кровяных клеток. Новый прибор основан на поверхностных акустических волнах и позволяет отделять раковые клетки в крови пациента более мягким способом, чем центрифуга, к тому же он в 20 раз эффективнее. Как утверждают разработчики устройства, аппарат не изменяет клетки и не повреждает их. То есть, отделенные CTC можно использовать для их последующего исследования. Сочетание доступности, точности и неинвазивности может сделать данный метод наиболее востребованным при диагностике (посредством обычного анализа крови) и раннем лечении онкологических заболеваний. В настоящее время работа над усовершенствованием технологии продолжается. Главная задача, стоящая перед авторами, – повышение скорости обработки биологического материала. Если сейчас процедура пропускания через чип одной пробирки крови занимает в среднем 5 часов, то в будущем на нее планируется тратить не более 30 мин. Применение микрожидкостных чипов и звуковых волн позволит добиться более точного понимания патологии клеток и механизма возникновения раковых метастазов.
В.В. Стрекопытов