«آزمایشگاه روی یک تراشه» ساختار شکن، سرطان را سریع‌تر، ارزان‌تر و کمتر تهاجمی آشکار می‌کند

توسط دانشگاه کانزاس
 

 

 
توضیح تصویر: نوآوری کلیدی جدید آزمایشگاه بر روی یک تراشه  یک تکنیک نانو مهندسی سه بعدی است که عناصر بیولوژیکی را بر اساس الگوی چرخه‌ای که معمولاً در طبیعت یافت می‌شود، ترکیب می‌کند و اکسوسوم‌ها را برای تماس بسیار مؤثرتر با سطح حساس تراشه در پروسه‌ای به نام «انتقال جرم» تحریک می‌کند.
 
یک دستگاه تشخیصی فوق حساس جدید که توسط محققان دانشگاه کانزاس، مرکز سرطان دانشگاه کانزاس و مرکز پزشکی KU اختراع شده است، می‌تواند اجازه دهد پزشکان به سرعت از قطره‌ای از خون یا پلاسما سرطان را تشخیص دهند که این منجر به مداخلات به موقع پزشکی و نتایج بهتر برای بیماران می‌شود.
 
"آزمایشگاه بر روی یک تراشه" برای تجزیه و تحلیل "بیوپسی مایع"، که امروز در مجله مهندسی بیومدیکال طبیعت گزارش شده، اکسوسوم‌ها را آشکار می‌کند – که بسته‌های ریز اطلاعات بیولوژیکی تولید شده توسط سلول‌های تومور به منظور تحریک رشد تومور یا متاستاز هستند. اساسا، تومورها مولکول‌های فعال بسته بندی اکسوسوم را ارسال می‌کنند که ویژگی‌های بیولوژیکی سلول‌های والدین را نشان می‌دهد.
 
یونگ زنگ، دانش پژوه Docking Family و دانشیار شیمی در KU می‌گوید: "به لحاظ تاریخی، مردم فکر می کردند اکسوسوم‌ها مانند" کیسه های زباله " هستند که سلول‌ها می‌توانند برای محو کردن محتوای سلول‌های ناخواسته استفاده کنند،" "اما در دهه گذشته، دانشمندان متوجه شدند که آنها بسیار مفید هستند و برای ارسال پیام به سلول‌های گیرنده و برقراری ارتباط اطلاعات مولکولی مهم در بسیاری از توابع بیولوژیکی مهم هستند. اساسا، تومورها مولکول‌های فعال بسته بندی اکسوسوم را ارسال می‌کنند که ویژگی‌های بیولوژیکی سلول‌های والدین را نشان می‌دهد. در حالی که همه سلول‌ها اکسوسوم‌ها را تولید می‌کنند، سلول‌های تومور واقعا در مقایسه با سلول‌های طبیعی در این زمینه فعال هستند. "
 
نوآوری کلیدی جدید آزمایشگاه متمرکز بر روی یک نانو تکنولوژی سه بعدی است که عناصر بیولوژیکی را بر اساس الگوی چرخه‌ای که معمولا در طبیعت یافت می‌شود مخلوط و حس می‌کند و اکسوسوم‌ها را به سمت تماسی با کارایی خیلی بیشتر با سطح حسگر تراشه  در فرآیندی که "انتقال جرم" نامیده می شود هل می‌دهد.
 
زنگ گفت: "مردم ایده‌هایی هوشمند را برای بهبود انتقال جرم در کانال‌های میکرو مقیاس توسعه داده‌اند، اما زمانی که ذرات در حال حرکت به سطح سنسور در حال نزدیکتر شدن هستند، آنها با یک شکاف کوچک از مایع که باعث افزایش مقاومت هیدرودینامیکی می‌شود، از هم جدا می‌شوند." "در اینجا، ما یک ساختار نانو متخلخل سه بعدی را توسعه دادیم که می‌تواند مایع را در آن گپ تخلیه کند تا ذرات را در تماس سخت با سطح، جایی که پروب‌ها می‌توانند آنها را شناسایی و گیر اندازی کنند، بیاورد."
 
زنگ، نانومتخلخل‌های تراشه را با یک میلیون سینک کوچک آشپزخانه مقایسه کرد: "اگر شما یک سینک پر از آب و تعداد زیادی توپ  شناور بر روی سطح آب داشته باشید، چگونه می‌توانید تمام توپ‌ها را در تماس با پایین سینک که در آن سنسور می‌تواند آنها را تجزیه و تحلیل کند قرار دهید؟ ساده ترین راه این است که آب را تخلیه کنید. "
 
زنگ با یک متخصص زیست شناسی تومور-بیومارکر و معاون مرکز Cancer Center KU در مرکز آسیب شناسی و آزمایشگاه پزشکی دانشگاه علوم پزشکی KU و همچنین Ashley Tetlow کارشناسی ارشد در آزمایشگاه Discovery Lab of Godwin همکاری کرده است. همکاران، طرح تراشه را با استفاده از نمونه‌های بالینی از بیماران مبتلا به سرطان تخمدان تست کردند، و دریافتند که تراشه می‌تواند حضور سرطان در یک مقدار اندک از پلاسما را تشخیص دهد.
 
گودوین، که عنوان رئیس و پروفسور علوم زیست شناسی و استاد و مدیر انکولوژی مولکولی، آسیب شناسی و آزمایشگاهی در مرکز پزشکی KU را دارد گفت: "مطالعات مشارکتی ما همچنان در حال ثمر دهی است و باعث پیشبرد زمینه‌ای برای تحقیقات سرطان و مراقبت از بیمار می‌شود، یعنی ابزار نوآورانه‌ای برای تشخیص زودهنگام." "این ناحیه مطالعه به ویژه برای سرطان‌هایی مانند سرطان تخمدان بسیار مهم است، در حالی که متأسفانه بیماری اکثریت قریب به اتفاق زنان مبتلا در مرحله پیشرفته تشخیص داده می‌شود، و متأسفانه این بیماری در این مرحله عمدتا غیر قابل درمان است."
 
علاوه بر این، تراشه‌های جدید میکرو سیال که در KU توسعه یافته خواهند بود ارزان‌تر و راحت‌تر از طرح‌های قابل مقایسه ساخته می‌شوند، و این اجازه آزمایش گسترده‌تر و کم هزینه را برای بیماران می‌دهد. با طراحی تراشه میکرو سیال در حال حاضر، با استفاده از سرطان تخمدان به عنوان یک مدل، تراشه می‌تواند در تشخیص بسیاری از بیماری های دیگر مفید باشد.

 
زنگ گفت: "آنچه که ما در اینجا ایجاد کردیم یک روش نانو طراحی سه بعدی است بدون نیاز به تجهیزات نانوفناوری فانتزی - یک دانشجوی کارشناسی یا حتی یک دانش آموز دبیرستانی می‌تواند این کار را در آزمایشگاه من انجام دهد." "این بسیار ساده و کم هزینه است که پتانسیل بالایی برای انتقال به تنظیمات بالینی دارد. ما با Dr. Godwin و دیگر آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در مرکز سرطان KU و گروه علوم بیولوژیک مولکولی همکاری کرده‌ایم تا برنامه‌های کاربردی انتقالی تکنولوژی را بیشتر کشف کنند."
 
طبق گفته Zeng، با طراحی تراشه میکرو سیال در حال حاضر، با استفاده از سرطان تخمدان به عنوان یک مدل، تراشه می‌تواند در تشخیص بسیاری از بیماری های دیگر مفید باشد.
 
وی گفت: «اکنون ما به مدل‌های کشت سلولی، مدل‌های حیوانی و همچنین نمونه‌های بالینی بیمار نگاه می‌کنیم، بنابراین ما واقعا در حال انجام تحقیقات انتقالی برای حرکت دادن ابزار از آزمایشگاه به برنامه‌های کاربردی بالینی بیشتر هستیم." "تقریبا تمام سلول‌های پستاندار، اکسوسوم‌ها را آزاد می‌کنند، بنا بر این این برنامه تنها به سرطان تخمدان و یا هر نوع سرطان دیگر محدود نمی‌شود. ما در حال کار با افراد برای بررسی بیماری‌های عصبی، سرطان سینه و سرطان کولورکتال هستیم."
در مجتمع دانشگاه لورنس KU، زنگ با یک تیم از جمله پانگ ژانگ، دانشجوی کارشناسی ارشد، شین ژو در دانشکده شیمی و همچنین مای ه، کارشناسی ارشد شیمی و مهندسی شیمی مشغول به کار بود.
 
این تحقیق توسط کمک‌های مالی از موسسات ملی بهداشت، از جمله کمک مشترک R21 (CA1806846) و R33 (CA214333) و کمک هزینه بین Zeng و Godwin و مرکز هسته مخزن Biospecimen مرکز Cancun، که بخشی از آن توسط مرکز ملی سرطان و موسسه سرطان پشتیبانی شد (P30 CA168524)، صورت گرفت.

بر گرفته از سایت TechXplore
 

مترجم: علی رضایی میر قائد