Устройство для обнаружения и взрыва циркулирующих раковых клеток

Команда из Университета UAMS разработала неинвазивный инструмент, который не только обнаруживает циркулирующие опухолевые клетки (CTCs) в кровотоке, но и способно одновременно их уничтожать. Для этого устройство, названное Cytophone, использует ультразвук и лазер.

С помощью CTCs опухоль метастазирует (вторичные злокачественные образования) в другие органы и ткани, поэтому их быстрое обнаружение и реагирование на них являются ключом к прекращению или, по крайней мере, к сдерживанию распространения рака. Это не первый случай, когда исследователи используют лазеры для обнаружения рака, но это, по мнению команды, является первой демонстрацией неинвазивного метода обнаружения опухолевых клеток непосредственно в кровотоке пациентов, больных меланомой.

Циркулирующие опухолевые клетки меланомы вместе с лейкоцитами и тромбоцитами (Фото: Екатерина Галанжа и др., Science Translational Medicine)

Но цитофон — это больше, чем просто устройство обнаружения CTCs, он также уничтожает эти клетки. На этапе обнаружения лазерный луч проникает в кровеносный сосуд, нагревая темные наночастицы меланина в этих клетках. Из-за своих особенностей они нагреваются быстрее, чем окружающие частицы, что привит к быстрому тепловому расширению, этот процесс генерирует уникальный звук, который обнаруживается с помощью ультразвукового преобразователя на поверхности кожи. Чтобы уничтожить CTCs, лазер дополнительно нагревает их, создавая нано пузырьки, которые в конечном итоге разрушают опухолевую клетку. Данная двойственная особенность может позволить стать цитофону, как терапевтическим, так и диагностическим инструментом.

Во главе с доктором Владимиром Жаровым, команда обнаружила, что его устройство было в тысячу раз более чувствительным, чем другие методы, когда дело дошло до обнаружения CTCs в крови пациентов с меланомой. Даже когда опухоль не могла быть обнаружена на коже из-за маленького размера или после хирургического удаления — цитофон мог легко обнаруживать ее клетки в кровотоке, в отличии от традиционных методов.

«Единственные методы, которые доступны для обнаружения CTC, в основном основаны на взятии крови у пациента», — говорит Жаров. «Средний образец крови, взятый у пациента, состоит всего из нескольких миллилитров, которые могут содержать или не содержать CTC. В отличие от них, Cytophone может контролировать весь пятилитровый запас крови человека, потенциально находя в нем каждый CTC».

В то время как первоначальное исследование проводилось на пациентах с меланомой, у цитофона есть потенциальные применения для других раковых клеток, которые не имеют пигмента. Исследование показало, что устройство способно обнаруживать и непигментированные CTCs, но для этого нужно вводить пациентам магнитные и золотые наночастицы с уникальным биологическим покрытием, которое помечает раковые клетки, находящиеся в кровотоке.

Более того, Cytophone потенциально может применяться не только в борьбе с раком. Он также может быть адаптирован для обнаружения нарушений строения белка гемоглобина (для предотвращения серповидноклеточного кризиса) или для мониторинга маркеров в крови, связанных с некоторыми болезнями.

Команда UAMS пока не отдыхает, и в настоящее время разрабатывает уменьшенную версию цитофона, которую можно было бы легко переносить и использовать в более широком клиническом исследовании с еще большим количеством пациентов с меланомой.

Исследование было опубликовано на этой неделе в журнале Science Translational Medicine