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Para guiar la terapia del cáncer, dispositivo de pruebas de forma rápida los medicamentos en el tejido tumoral: Inexpensive dispositivo de microfluídica 3-D-impresa se podría utilizar para personalizar el tratamiento del cáncer

investigadores del MIT tienen 3-D impreso un dispositivo de microfluidos novela que simula los tratamientos de cáncer en tejido tumoral biopsia, por lo que los médicos pueden examinar mejor cómo los pacientes individuo responderá a diferentes terapias - antes de la administración de una sola dosis.

Prueba de tratamientos contra el cáncer hoy en día se basa principalmente en ensayo y error; los pacientes pueden someterse a múltiples consume tiempo y difíciles de tolerar terapias en la búsqueda de uno que funcione. Las innovaciones recientes en el desarrollo farmacéutico implican el cultivo de tumores artificiales para probar fármacos sobre tipos específicos de cáncer. Pero estos modelos llevan semanas para crecer y no tienen en cuenta la estructura biológica de un paciente individual, que puede afectar a la eficacia del tratamiento.

Los investigadores del MIT tienen 3-D impreso un dispositivo de microfluidos novela que simula tratamientos contra el cáncer en la biopsia del tejido tumoral - y mantiene el tejido vivo por día - por lo que los médicos pueden examinar mejor cómo los pacientes individuo responderá a diferentes terapias.
Cortesía de los investigadores

dispositivo de los investigadores, que se puede imprimir en aproximadamente una hora, es un chip ligeramente más grande que un cuarto, con tres “chimeneas” cilíndricas se levanta de la superficie. Estos son los puertos utilizados para entrada y de drenaje de fluidos, así como eliminar las burbujas de aire no deseadas. fragmentos tumorales biopsiados se colocan en una cámara conectada a una red de canales que entregan líquidos - que contiene, por ejemplo, agentes de inmunoterapia o células inmunes - al tejido. Los médicos pueden utilizar diversas técnicas de imagen para ver cómo el tejido responde a los fármacos.

Una característica clave estaba utilizando un nuevo biocompatible resina - utilizado tradicionalmente para aplicaciones dentales - que puede apoyar la supervivencia a largo plazo de tejido de biopsia. Aunque anteriores microfluídica 3-D-impresos han celebrado promesa para las pruebas de drogas, productos químicos en su resina normalmente matan las células rápidamente. Los investigadores imágenes de microscopía de fluorescencia capturados que muestran su dispositivo, llamado una plataforma de análisis tumor (GRIFO), mantenido más de 90 por ciento del tejido tumoral vivo durante al menos 72 horas, y potencialmente mucho más largo.

Debido a que el dispositivo 3-D impresa es fácil y barato de fabricar, podría implementarse rápidamente en la práctica clínica, los investigadores dicen. Los médicos podrían, por ejemplo, imprimir un dispositivo de multiplexado que podrían soportar múltiples muestras tumorales en paralelo, para permitir el modelado de las interacciones entre fragmentos de tumor y muchos medicamentos diferentes, simultaneamente, para un solo paciente.

“La gente en todo el mundo podrían imprimir nuestro diseño. Se puede imaginar un futuro en el que el médico tendrá una impresora 3-D y puede imprimir los dispositivos según sea necesario,"Dice Luis Fernando Velásquez García, un investigador en los Laboratorios de tecnología de microsistemas y co-autor en un artículo que describe el dispositivo, que aparece en la edición de diciembre de la Diario de Sistemas microelectromecánicos. “Si alguien tiene cáncer, se puede tomar un poco de tejido en nuestro dispositivo, y evitar que el tumor vivos, para ejecutar varias pruebas en paralelo y averiguar lo que funciona mejor con la estructura biológica del paciente. Y luego poner en práctica que el tratamiento en el paciente “.

Una aplicación prometedora es la prueba de la inmunoterapia, un nuevo método de tratamiento usando ciertos medicamentos para acelerar el sistema inmunológico de un paciente para ayudar a combatir el cáncer. (Premio Nobel de Fisiología y Medicina de este año fue otorgado a dos investigadores de inmunoterapia que diseñaron los fármacos que bloquean ciertas proteínas de evitar que el sistema inmune ataque a las células cancerosas.) dispositivo de los investigadores podría ayudar a los médicos a identificar mejor los tratamientos a los que es probable que responda a un individuo.

“Tratamientos de inmunoterapia se han desarrollado específicamente para apuntar marcadores moleculares que se encuentran en la superficie de las células cancerosas. Esto ayuda a asegurar que el tratamiento provoca un ataque contra el cáncer directamente al tiempo que limita los impactos negativos sobre el tejido sano. sin embargo, cáncer de cada individuo expresa una gama única de moléculas de la superficie - como tal, puede ser difícil de predecir quién responderá a los que el tratamiento. Nuestro dispositivo utiliza el tejido real de la persona, por lo que es un ajuste perfecto para la inmunoterapia,”Dice el primer autor Ashley Beckwith SM '18, un investigador graduado en el grupo de investigación de Velásquez García.

Co-autor del artículo es Jeffrey T. Borenstein, investigador en Draper.

Apoyando células

dispositivos de microfluidos se fabrican tradicionalmente a través de micromoldeado, usando un material de tipo caucho llamado polidimetilsiloxano (PDMS). Esta tecnica, sin embargo, no era adecuado para la creación de la red tridimensional de características - tales como canales de fluido cuidadosamente de tamaño - que los tratamientos de cáncer imitan en células vivas. En lugar, los investigadores recurrieron a la impresión 3-D para diseñar un dispositivo de rasgos finos “monolítica” - lo que significa la impresión de un objeto de una sola vez, sin la necesidad de montar partes separadas.

El corazón del dispositivo es su resina. Después de experimentar con numerosas resinas durante varios meses, los investigadores finalmente aterrizaron en Pro3dure GR-10, que se utiliza principalmente para hacer que los protectores bucales que protegen contra el rechinamiento de los dientes. El material es tan transparente como el cristal, tiene apenas ninguna defectos superficiales, y puede ser impreso en muy alta resolución. Y, en tono rimbombante, como los investigadores determinaron, no afecta negativamente a la supervivencia celular.

El equipo sometió la resina a un ensayo de citotoxicidad de 96 horas, un ensayo que expone las células al material impreso y mide cómo tóxico que el material es a las células. Después de la 96 horas, las células en el material todavía estaban pateando. “Al imprimir algunos de estos otros materiales de resina, que emiten sustancias químicas que meterse con las células y los matan. Pero esto no hace eso,”Dice Velásquez-García. "Según entiendo, no hay otro material imprimible que se acerca a este grado de inercia. Es como si el material no está allí “.

establecimiento de trampas

Otros dos innovaciones clave en el dispositivo son la “trampa de burbujas” y una “trampa de tumor.” Corriente de fluidos en un dispositivo de este tipo crea burbujas que pueden interrumpir el experimento o de ráfaga, la liberación de aire que destruye el tejido tumoral.

Para corregir esto, los investigadores crearon una trampa de burbujas, una “chimenea” stout sube del canal de fluido en un puerto roscado a través del cual escapa el aire. Fluid - incluyendo varios medios, marcadores fluorescentes, o linfocitos - Obtiene inyectan en un orificio de entrada adyacente a la trampa. El fluido entra a través del orificio de entrada y fluye más allá de la trampa, donde cualquier burbuja en la subida de fluido a través de la rosca y fuera del dispositivo. El fluido se dirige entonces alrededor de un pequeño giro en U en la cámara del tumor, donde fluye a través y alrededor del fragmento de tumor.

Esta cámara que atrapan el tumor se encuentra en la intersección del canal de entrada más grande y cuatro canales de salida más pequeños. fragmentos de tumor, menos que 1 milímetro de ancho, se inyectan en el canal de entrada a través de la trampa de burbujas, que ayuda a eliminar burbujas introducido al cargar. Cuando el fluido fluye a través del dispositivo desde el puerto de entrada, el tumor es guiado aguas abajo de la trampa tumor, en donde el fragmento se ve atrapado. El fluido continúa viajando a lo largo de los canales de salida, que son demasiado pequeños para el tumor para caber dentro de, y drena fuera del dispositivo. Un flujo continuo de fluidos mantiene el fragmento de tumor en el lugar y repone constantemente nutrientes para las células.

“Debido a que nuestro dispositivo es 3-D impreso, hemos sido capaces de hacer que las geometrías que queríamos, en los materiales que queríamos, para lograr el rendimiento que queríamos, en lugar de comprometer entre lo que fue diseñado y lo que se podría implementar - que por lo general ocurre cuando se utiliza la microfabricación norma,"Dice Velásquez García. Y añade que la impresión 3-D puede convertirse pronto en la técnica de fabricación convencional de microfluídica y otros microsistemas que requieren diseños complejos.

En este experimento, los investigadores demostraron que podían mantener un fragmento de tumor vivo y supervisar la viabilidad del tejido en tiempo real con marcadores fluorescentes que hacen que el resplandor del tejido. Siguiente, los investigadores pretenden probar cómo los fragmentos de tumor responden a la terapéutica reales.

“Los PDMS tradicionales no pueden hacer que las estructuras que necesita para este ambiente in vitro que puede mantener fragmentos de tumor con vida durante un período de tiempo considerable,”Dice Roger Howe, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford, quien no estuvo involucrado en la investigación. “Que ahora se puede hacer que las cámaras de fluidos muy complejas que permitan entornos más realistas para poner a prueba varios fármacos en tumores rápidamente, y potencialmente en el ámbito clínico, es una contribución importante “.

Howe también elogió a los investigadores para hacer el trabajo de campo en la búsqueda de la resina y el diseño apropiados para que otros puedan construir en. “Ellos deben acreditarse para poner esa información por ahí ... porque [previamente] no había el conocimiento de si tenías la tecnología de los materiales o la impresión de que esto sea posible," él dice. Ahora “es una tecnología democratizado”.


Fuente: http://news.mit.edu, por Rob Matheson

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