Forscher vom MIT, Pennsylvania State University und der Carnegie Mellon University haben einen neuen Weg , um Zellen , indem sie sie Schallwellen , wie sie durch einen winzigen Kanal fließen getrennt entwickelt . Ihr Gerät von der Größe eines Cent , könnte verwendet werden, um zu erkennen das extrem selten werden Tumor Zellen, die in der Krebs- Patienten Blut zirkulieren , vorherzusagen hilft Ärzten , ob ein Tumor wird sich verbreiten.
Trennung von Zellen mit Ton bietet eine sanftere Alternative zu bestehenden Zellsortiertechniken, die Markierung der Zellen mit Chemikalien oder bei denen sie stärkeren mechanischen Kräfte, die sie beschädigen können verlangen .
" Schalldruck ist sehr mild und im Hinblick auf die Kräfte und Störungen des Zell viel kleiner . Dies ist eine sehr sanfte Art und Weise , um Zellen zu trennen , und es gibt keinen künstlichen Kennzeichnung notwendig ", sagt Ming Dao , Principal Research Scientist in MIT Department of Materials Wissenschaft und Technik und einer der leitenden Autoren des Papiers , die in dieser Woche in den Proceedings der nationalen Akademie der Wissenschaften erscheint.
Subra Suresh , Präsident der Carnegie Mellon , sind die Vannevar Bush Professor of Engineering Emeritus und ehemaliger Dekan der Engineering am MIT , und Tony Jun Huang , Professor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik an der Penn State , auch ältere Autoren des Papiers . Blei Autoren MIT Postdoc Xiaoyun Ding und Zhangli Peng , ehemaliger MIT Postdoc , der jetzt ein Assistant Professor an der University of Notre Dame .
Die Forscher haben für ein Patent auf der Vorrichtung abgelegt , kann die Technologie der sie nachgewiesen haben, verwendet werden, um seltene zirkulierenden Krebszellen von weißen Blutzellen zu trennen.
Um Zellen mit Schallwellen zu sortieren , haben Wissenschaftler zuvor eingebauten mikrofluidischen Vorrichtungen mit zwei akustische Wandler , die Schallwellen zu beiden Seiten eines Mikrokanals zu erzeugen. Wenn die beiden Wellen treffen , verbinden sie zu einer stehenden Welle ( eine Welle , die in konstanten Position bleibt ) zu bilden. Diese Welle einen Druck erzeugt Knoten oder Leitung niedrigen Drucks , die parallel zur Richtung des Zellflusses läuft. Zellen, die diesen Knoten , in denen auf der Seite des Kanals gedrückt wird; der Abstand der Zellbewegung ist abhängig von ihrer Größe und andere Eigenschaften wie Kompressibilität .
Jedoch sind diese bestehenden Vorrichtungen ineffizient : Da es nur einen Druckknoten können Zellen, abgesehen nur kurze Wege geschoben werden.
Die neue Vorrichtung überwindet dieses Hindernis durch Kippen der Schallwellen , so dass sie über den Mikrokanal laufen in einem Winkel - was bedeutet, dass jede Zelle trifft mehrere Druckknoten , wie es durch den Kanal fließt . Jedes Mal, wenn es einen Knoten trifft , wird der Druck führt die Zelle ein wenig weiter aus der Mitte , so dass es leichter zu Zellen unterschiedlicher Größen zu erfassen , bis sie das Ende des Kanals zu erreichen.
Diese einfache Änderung drastisch steigert die Effizienz solcher Geräte , sagt Taher Saif , ein Professor für mechanische und Ingenieurwissenschaften an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign . "Das ist gerade genug, um Zellen in verschiedenen Größen und Eigenschaften voneinander zu trennen , ohne Schaden oder Schaden für sie", sagt Saif , die nicht in diese Arbeit einbezogen wurde .
In dieser Studie wurden zuerst getestet die Forscher das System mit Kunststoffperlen , finden , dass es Kügelchen mit Durchmessern von 9,9 und 7,3 Mikrometer ( Tausendstel eines Millimeters) mit etwa 97 Prozent Genauigkeit trennen. Sie entwickelten ebenfalls eine Computersimulation , die Trajektorie einer Zelle durch den Kanal auf der Grundlage der Größe , Dichte und Kompressibilität vorhersagen kann , wie auch der Winkel der Schallwellen , so dass sie die Vorrichtung an unterschiedliche Typen von Zellen zu trennen anpassen.
Um zu testen , ob das Gerät möglich wäre, etwaige zirkulierenden Tumorzellen sein , versuchten die Forscher trennen brustkrebs Zellen MCF-7 -Zellen von weißen Blutzellen bekannt. Diese zwei Zelltypen unterscheiden sich in der Größe ( 20 Mikron im Durchmesser für MCF-7 und 12 Mikron für weiße Blutzellen) , sowie Dichte und Kompressibilität . Das Gerät erfolgreich wiederhergestellt etwa 71 Prozent der Krebszellen ; wollen die Forscher mit Blutproben von Krebspatienten zu testen , um zu sehen , wie gut sie können erkennen zirkulierenden Tumorzellen im klinischen Umfeld . Solche Zellen sind sehr selten: Ein 1 - ml- Blutprobe kann nur wenige Tumorzellen enthalten.
"Wenn man diese seltenen zirkulierenden Tumorzellen zu erkennen , es ist eine gute Möglichkeit, Krebsbiologie zu studieren und zu diagnostizieren , ob der primäre Krebs hat sich auf einem neuen Standort bewegt, um Metastasen zu generieren ", sagt Dao . " Diese Methode ist ein Schritt nach vorne für den Nachweis von zirkulierenden Tumorzellen im Körper. Es hat das Potenzial , um eine sichere und wirksame neue Werkzeug für die Krebsforscher , Kliniker und Patienten anzubieten", sagt Suresh .