Una squadra di esperti della Georgia Institute of Technology, ha progettato, in una recente ricerca un nuovo chip che faciliterà il trattamento dei tumori metastatici in modo più semplice e più rapido. Il metodo di rilevamento sviluppato dagli scienziati potrebbe rivoluzionare il trattamento del cancro mostrando come i tumori metastatizzano e in quale stadio si trovano.
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature Communications.
Nuovo chip per il trattamento dei tumori in metastasi: ecco come funziona
Le neoplasie si propagano attraverso le cellule cancerose circolanti (CTC) che viaggiano attraverso il sangue verso altri organi ed è quasi impossibile rintracciarle. La squadra di ricercatori del Georgia Institute of Technology ha sviluppato un metodo di rilevamento che potrebbe rivoluzionare il trattamento del cancro mostrando come i tumori metastatizzano e in quale stadio si trovano. Questa importante scoperta potrebbe portare a un trattamento più precoce e mirato, a cominciare da un semplice esame del sangue.
Quando un tumore inizia a metastatizzare, disperde le sue cellule nel sangue. Una singola cellula spesso non sopravvive al flusso sanguigno da sola, ma i gruppi di cellule sono molto più corazzati e possono viaggiare verso altri organi, portando efficacemente il cancro a uno stato metastatico.
Le CTC si sono rivelate difficili da studiare, per non parlare del trattamento. Il sangue contiene miliardi di cellule per millilitro e solo una manciata di quelle cellule sarebbero CTC in un paziente con cancro metastatico. Una filtrazione così intensa è stata inaccessibile utilizzando i metodi di laboratorio convenzionali. La filtrazione più tradizionale è troppo aggressiva e spezzerebbe il cluster in singole cellule e rovinerebbe la capacità di studiare l’effetto di un cluster.
“Questo è ciò che ha interessato ingegneri come me perché siamo davvero bravi a creare sensori o piccoli dispositivi che eseguono effettivamente analisi sensibili“, ha affermato Fatih Sarioglu, Professore Associato della School of Electrical and Computer Engineering: “Abbiamo iniziato a sviluppare tecnologie per catturare queste preziose cellule per aiutare a gestire meglio il cancro”.
Il laboratorio di Sarioglu ha creato un nuovo chip chiamato Cluster-Well, che combina la precisione dei chip microfluidici con l’efficienza della filtrazione a membrana per trovare i cluster CTC. Utilizzando caratteristiche di dimensioni micron, il nuovo chip microfluidico può intercettare con precisione ogni cellula in un campione di sangue e determinare se si tratta di una cellula cancerosa.
“Il nuovo chip microfluidico ti dà un maggiore controllo come designer per porre effettivamente qualsiasi domanda tu voglia porre a quelle cellule“, ha spiegato Sarioglu: “Aumenta la precisione e la sensibilità, che è ciò di cui hai bisogno per un’applicazione come questa perché vuoi trovare quella singola cellula da molte cellule del sangue“.
Per elaborare rapidamente un volume di sangue clinicamente rilevante, i ricercatori si sono affidati alla filtrazione a membrana per rendere il funzionamento del chip più scalabile. In effetti, il nuovo chip sembra un filtro a membrana standard, ma al microscopio elettronico il nuovo chip microfluidico rivela la sua struttura delicata utilizzata per catturare i cluster lasciando passare altri globuli.
La praticità era importante quanto la funzionalità per i ricercatori. Sebbene il nuovo chip sia inizialmente fabbricato con silicio proprio come un’unità di elaborazione centrale in un computer, viene successivamente trasferito ai polimeri per renderlo accessibile, conveniente e monouso, pur mantenendo la sua delicatezza e precisione.
“Abbiamo davvero creato solo le trappole di cui abbiamo bisogno per riconoscere i cluster con il nuovo chip microfluidico, e il resto è solo un portafiltro standard“, ha detto Sarioglu. “Rispetto a un chip microfluidico convenzionale, otterrai un test molto più pratico con un miglioramento di ordini di grandezza nel throughput e una maggiore sensibilità“.
La squadra di esperti ha sfruttato il nuovo chip per esaminare campioni di sangue da pazienti con cancro alle ovaie o alla prostata attraverso una partnership con l’Emory e il Northside Hospitals. I ricercatori hanno isolato gruppi di CTC che vanno da due a 100 o più cellule da individui con cancro alla prostata e alle ovaie e hanno utilizzato il sequenziamento dell’RNA per analizzare un sottoinsieme.
Il design unico del nuovo chip significa che i cluster CTC vengono filtrati in micropozzetti e possono essere successivamente consultati per ulteriori analisi. Anche un singolo CTC può contenere una quantità significativa di dati sul paziente e sul suo tumore specifico, che può essere fondamentale per la gestione della malattia. Ad esempio, i ricercatori hanno notato centinaia di CTC in gruppi nel sangue di pazienti affetti da cancro ovarico, alcuni ancora vivi, una scoperta che potrebbe essere consequenziale alla diffusione della malattia.
Non solo, sequenziando l’RNA nei cluster di CTC della prostata isolati dal nuovo chip, i ricercatori hanno identificato geni specifici espressi da queste cellule metastatizzanti. È importante specificare che i cluster CTC di diversi pazienti hanno dimostrato di esprimere geni diversi, che possono essere potenzialmente utilizzati per sviluppare terapie personalizzate e mirate. Sarioglu immagina che Cluster-Wells sia una parte di routine del processo di trattamento per determinare in quale stadio si trova il cancro da un semplice prelievo di sangue.
“Trovare questi ammassi è stato molto sfuggente“, ha concluso Sarioglu: “Ma questa è una tecnologia che consente di accedere a questi preziosi cluster di cellule tumorali circolanti praticamente in qualsiasi cancro con precisione e praticità che non era possibile prima“.
