لتوجيه علاج السرطان, جهاز بسرعة اختبارات المخدرات على نسيج الورم: ويمكن استخدام غير مكلفة الجهاز على microfluidics المطبوعة 3-D-لتخصيص علاج السرطان

يكون الباحثون MIT 3-D المطبوعة جهاز على microfluidics الرواية التي تحاكي علاج السرطان في الأنسجة السرطانية تحتاج فحص, حتى يمكن للأطباء فحص المرضى أفضل لكيفية فرد سترد على العلاجات المختلفة - قبل بالإدارة جرعة واحدة.

اختبار علاجات السرطان اليوم تعتمد في الغالب على التجربة والخطأ; قد يخضع المرضى متعددة ويصعب تحمل العلاجات في السعي لتحقيق واحد أن يعمل تستغرق وقتا طويلا. الابتكارات الحديثة في تطوير الأدوية تتضمن تنمو الأورام اصطناعية لاختبار المخدرات على أنواع السرطان محددة. ولكن هذه النماذج تأخذ أسابيع لتنمو ولا تمثل ماكياج البيولوجي مريض على حدة, والتي يمكن أن تؤثر على فعالية العلاج.

يكون الباحثون MIT 3-D المطبوعة جهاز ميكروفلويديك الرواية التي تحاكي علاج السرطان في الأنسجة السرطانية تحتاج فحص - ويحافظ على الأنسجة على قيد الحياة لعدة أيام - حتى الأطباء يمكن أن تدرس أفضل لكيفية المرضى فرد سترد على العلاجات المختلفة.

مجاملة من الباحثين

جهاز الباحثين, والتي يمكن طباعتها في حوالي ساعة واحدة, هو شريحة أكبر قليلا من ربع, مع ثلاثة "المداخن" أسطواني يتصاعد من سطح. هذه هي المنافذ المستخدمة لإدخال وتصريف السوائل, وكذلك إزالة فقاعات الهواء غير المرغوب فيها. توضع شظايا ورم تحتاج فحص في غرفة متصلا بشبكة من القنوات التي تقدم السوائل - التي تحتوي على, على سبيل المثال, وكلاء العلاج بالخلايا الجذعية أو خلايا المناعة - إلى الأنسجة. يمكن للأطباء ثم استخدام تقنيات التصوير المختلفة لنرى كيف تستجيب الأنسجة للأدوية.

ومن السمات الرئيسية ويستخدم الراتنج حيويا الجديد - تستخدم عادة لتطبيقات طب الأسنان - التي يمكن أن تدعم البقاء على المدى الطويل من الأنسجة الخزعة. على الرغم من أن على microfluidics السابقة المطبوعة 3-D-عقدت وعد لاختبار المخدرات, المواد الكيميائية في الراتنج التي عادة ما تقتل الخلايا بسرعة. الباحثون القبض مضان المجهر الصور التي تظهر أجهزتهم, دعا ورم منصة التحليل (صنبور), أبقى أكثر من 90 في المئة من نسيج الورم على قيد الحياة لمدة لا تقل 72 ساعات, ويحتمل أن تكون أطول من ذلك بكثير.

لأن الجهاز 3-D المطبوعة سهلة ورخيصة لافتعال, فإنه يمكن تنفيذها بسرعة إلى المرافق الصحية, ويقول الباحثون. يمكن الأطباء, على سبيل المثال, طباعة جهاز المضاعفة التي يمكن أن تدعم عينات الورم متعددة في نفس الوقت, لتمكين نماذج للتفاعلات بين شظايا ورم والعديد من الأدوية المختلفة, الوقت ذاته, لمريض واحد.

وقال "الناس في أي مكان في العالم يمكن طباعة التصميم لدينا. يمكنك تصور المستقبل حيث طبيبك سيكون له طابعة 3-D ويمكن طباعة من الأجهزة حسب الحاجة,"يقول لويس فرناندو فيلاسكيز غارسيا, الباحث في مختبرات تكنولوجيا مايكروسيستمز والمؤلف المشارك في ورقة تصف الجهاز, الذي يظهر في عدد ديسمبر من مجلة أنظمة إلكترونية صغيرة. "اذا كان شخص ما يعاني من سرطان, يمكنك أن تأخذ قليلا من الأنسجة في الجهاز لدينا, والحفاظ على الورم على قيد الحياة, لإجراء اختبارات متعددة في نفس الوقت ومعرفة ما يمكن أن تعمل بشكل أفضل مع ماكياج البيولوجي المريض. ثم تنفيذ هذا العلاج في المريض ".

تطبيق واعد يختبر المناعي, طريقة العلاج الجديد باستخدام بعض الأدوية لتسريع الجهاز المناعي للمريض لمساعدته على محاربة السرطان. (منحت جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب لهذا العام لاثنين من الباحثين المناعي الذي صمم الأدوية التي تمنع بروتينات معينة من منع الجهاز المناعي من مهاجمة الخلايا السرطانية.) جهاز الباحثين يمكن أن تساعد الأطباء تحديد العلاج الذي الفرد من المرجح أن تستجيب بشكل أفضل.

"وقد وضعت العلاج بالخلايا الجذعية خصيصا لاستهداف الواسمات الجزيئية وجدت على سطح الخلايا السرطانية. وهذا يساعد على ضمان أن العلاج يتسبب هجوم على السرطان مباشرة مع الحد من الآثار السلبية على الأنسجة السليمة. ومع ذلك, السرطان كل فرد يعبر عن مجموعة فريدة من جزيئات سطح - على هذا النحو, قد يكون من الصعب التكهن بمن سيكون الرد على أي معالجة. يستخدم الجهاز لدينا الأنسجة الفعلية للشخص, حتى لا يكون حلا مثاليا لعلاج مناعي,"يقول المؤلف الأول اشلي بيكويث SM '18, باحث دراسات عليا في مجموعة أبحاث فيلاسكيز غارسيا ل.

المؤلف المشارك في هذه الورقة هو جيفري T. Borenstein, الباحث في درابر.

دعم خلايا

يتم تصنيع أجهزة على microfluidics تقليديا عبر micromolding, باستخدام المواد rubberlike دعا polydimethylsiloxane (PDMS). هذه التقنية, ومع ذلك, لم يكن مناسبة لخلق شبكة ثلاثية الأبعاد من الميزات - مثل قنوات السائل الحجم بعناية - أن علاج السرطان تقليد على الخلايا الحية. في حين أن, تحول الباحثون إلى الطباعة 3-D لصياغة الجهاز ظهرت على ما يرام "كتلة واحدة" - بمعنى طباعة كائن في كل دفعة واحدة, دون الحاجة لتجميع أجزاء منفصلة.

قلب الجهاز هو الراتنج لها. بعد تجريب العديد من الراتنجات على مدى عدة أشهر, هبطت الباحثون أخيرا على Pro3dure GR-10, الذي يستخدم في المقام الأول لتقديم واقيات الفم التي تحمي ضد طحن الأسنان. والمواد هي تقريبا شفافة مثل الزجاج, يوجد بالكاد أي عيوب السطح, ويمكن أن تكون مطبوعة في دقة عالية جدا. و, الأهم, كما وجد الباحثون, لا يؤثر سلبا على بقاء الخلية.

الفريق تعرض الراتنج لاختبار السمية الخلوية لمدة 96 ساعة, مقايسة الذي يعرض الخلايا للمواد المطبوعة ويقيس مدى سمية هذه المواد هي الخلايا. بعد 96 ساعات, والخلايا في المواد لا يزال الركل. "عند طباعة بعض من هذه المواد الراتنج أخرى, تنبعث المواد الكيميائية التي تعبث مع الخلايا وقتلهم. ولكن هذا لا تفعل ذلك,"يقول فيلاسكويز جارسيا. "إلى حد علمي, ليس هناك مادة قابلة للطباعة الأخرى التي يقترب إلى هذه الدرجة من همود. انها كما لو أن المادة ليست هناك ".

وضع الفخاخ

اثنين من الابتكارات الرئيسية الأخرى على الجهاز هي "فخ فقاعة" و "فخ الورم." تتدفق السوائل في مثل هذا الجهاز يخلق فقاعات التي يمكن أن تعطل التجربة أو انفجار, الإفراج عن الهواء الذي يدمر الأنسجة السرطانية.

لتحديد ذلك, إنشاء الباحثين فخ فقاعة, شجاع "مدخنة" يتصاعد من قناة السوائل بمنفذ الخيوط التي من خلالها هروب الهواء. السائل - بما في ذلك وسائل الإعلام المختلفة, علامات الفلورسنت, أو الخلايا الليمفاوية - يحصل حقن بمنفذ مدخل مجاور لفخ. السائل يدخل من خلال مدخل الميناء وتدفقات الماضي في فخ, حيث أي فقاعات في صعود السوائل تصل عبر ميناء الخيوط ومن الجهاز. ثم يتم توجيه السائل حول صغيرة U بدوره إلى غرفة الورم, حيث يتدفق عبر وحول جزء الورم.

تقع هذه القاعة للاحتباس الورم عند تقاطع القناة مدخل أكبر وأربع قنوات مخرج أصغر. شظايا ورم, أقل من 1 ملليمتر عبر, تحقن في قناة مدخل طريق فخ فقاعة, مما يساعد على إزالة الفقاعات عرضه عند تحميل. كما تدفق السوائل من خلال الجهاز من مدخل الميناء, ويسترشد الورم المصب إلى فخ الورم, حيث يحصل القبض على جزء. السائل لا يزال يسافر على طول قنوات مخرج, التي هي صغيرة جدا بالنسبة للورم لتناسب داخل, والمصارف من الجهاز. واستمرار تدفق السوائل يحافظ على جزء ورم في مكان وتغذي باستمرار العناصر الغذائية للخلايا.

"لأن الجهاز لدينا هو 3-D المطبوعة, كنا قادرين على جعل هندستها أردنا, في المواد أردنا, لتحقيق أداء أردنا, بدلا من المساومة بين ما صمم وما يمكن تنفيذه - والذي يحدث عادة عند استخدام معيار التصنيع الدقيق,"يقول فيلاسكيز غارسيا. ويضيف أن الطباعة 3-D قد تصبح قريبا تقنية التصنيع الرئيسية لعلى microfluidics وغيرها مايكروسيستمز التي تتطلب تصاميم معقدة.

في هذه التجربة, وأظهر الباحثون أنها يمكن أن تبقي جزء الورم على قيد الحياة ومراقبة سلامة الأنسجة في الوقت الحقيقي مع علامات الفلورسنت التي تجعل من توهج النسيج. التالى, يهدف الباحثون لاختبار كيفية استجابة شظايا ورم لعلاجات حقيقية.

"إن PDMS التقليدية لا يمكن أن تجعل من الهياكل تحتاج لهذه البيئة في المختبر يمكن أن تبقي شظايا ورم على قيد الحياة لفترة طويلة من الزمن,"يقول روجر هوي, أستاذ الهندسة الكهربائية في جامعة ستانفورد, الذي لم يشارك في البحث. واضاف "هذا يمكنك الآن جعل غرف الموائعية معقدة للغاية من شأنها أن تسمح بيئات أكثر واقعية لاختبار من مختلف انواع المخدرات على الأورام بسرعة, ويحتمل أن تكون في المرافق الصحية, هو مساهمة كبيرة ".

وأشاد هوي أيضا الباحثين للقيام يغوورك في العثور على الراتنج الصحيح وتصميم للآخرين للبناء على. "وينبغي أن ينسب لوضع تلك المعلومات الى هناك ... ل [سابقا] لم يكن هناك معرفة ما إذا كان لديك المواد أو الطباعة التكنولوجيا لجعل هذا ممكنا," هو يقول. الآن "انها تكنولوجيا ديمقراطيه."

مصدر: HTTP://news.mit.edu, روب ماثيسون