Visokotehnološka nanopipeta sa dvostrukim cevima, koju su razvili naučnici Univerziteta u Lidsu i primenjena na globalni medicinski izazov raka, je po prvi put omogućila istraživačima da vide kako pojedinačne žive ćelije raka reaguju na lečenje i promene tokom vremena. pružajući vitalno razumevanje koje bi moglo pomoći lekarima da razviju efikasnije lekove protiv raka. Njihovi nalazi su objavljeni u časopisu Science Advances.
Alat ima dve nanoskopske igle, što znači da može istovremeno ubrizgati i izvući uzorak iz iste ćelije, proširujući njegovu potencijalnu upotrebu. Visok nivo poluautomatizacije platforme je dramatično ubrzao proces, omogućavajući naučnicima da izvuku podatke iz mnogo više pojedinačnih ćelija, sa daleko većom preciznošću i efikasnošću nego što je to ranije bilo moguće, pokazuje studija.
Trenutno, tehnike za proučavanje pojedinačnih ćelija ih obično uništavaju, što znači da se ćelija može proučavati ili pre tretmana, ili posle.
Ovaj uređaj može više puta da pravi „biopsiju“ žive ćelije tokom izlaganja lečenju raka, uzimajući uzorke sićušnih ekstrakata njenog sadržaja bez da je ubije, što omogućava naučnicima da posmatraju njenu reakciju tokom vremena.
Tokom studije, multidisciplinarni tim, sa biolozima i inženjerima, testirao je otpor ćelija raka na hemoterapiju i radioterapiju koristeći glioblastom (GBM) – najsmrtonosniji oblik tumora na mozgu – kao test slučaj, zbog njegove sposobnosti da se prilagode lečenju. i preživeti.
Značajan prodor
Jedan od dopisnih autora ovog dokumenta, dr Lusi Sted, vanredni profesor biologije raka mozga na Medicinskom fakultetu Univerziteta u Lidsu, rekla je: „Ovo je značajan napredak. Ovo je prvi put da imamo tehnologiju u kojoj možemo zapravo prati promene koje se dešavaju nakon tretmana, umesto da ih samo pretpostavljaju.
„Ova vrsta tehnologije će obezbediti sloj razumevanja koji jednostavno nikada ranije nismo imali. A to novo razumevanje i uvid će dovesti do novog oružja u našoj oružarnici protiv svih vrsta raka.“
Ona je dodala: „GBM je kancer kojem je to novo oružje najpotrebnije jer za 20 godina nije došlo do poboljšanja preživljavanja od ove bolesti.
„Toliko zaostaje i mislimo da je to zbog veoma ‘plastične’ prirode ovih tumora – njihove sposobnosti da se prilagode lečenju i prežive.
„Zbog toga je toliko važno da možemo dinamički posmatrati i karakterisati ove ćelije kako se menjaju, tako da možemo da mapiramo putovanje koje ove ćelije mogu da pređu, a zatim pronađemo načine da ih zaustavimo na svakom koraku. Jednostavno nismo mogli da uradimo to sa tehnologijama koje smo imali.“
Transformativno
Dr Stead vodi istraživačku grupu Glioma Genomics na Institutu za medicinska istraživanja u Lidsu u bolnici St James, koja je fokusirana na pokušaj lečenja GBM tumora mozga. Ona je dodala: „Ova tehnologija bi mogla biti transformativna za ovaj određeni rak, pomažući nam da konačno identifikujemo efikasne tretmane za ovu užasnu, neizlečivu bolest.
Dr Simon Nevman, glavni naučni službenik u The Brain Tumor Chariti, rekao je: „Znamo da ćelije glioblastoma različito reaguju na tretman, često razvijajući otpornost na tretman što dovodi do recidiva. Razvoj ove nove tehnologije, koja može izvući uzorke iz uzgojenih tumorskih ćelija u laboratoriji pre i posle tretmana, pružiće jedinstven uvid u to kako se rezistencija na lekove može razviti i dovesti do ponovnog rasta tumora.
„Nadamo se da će ovaj važan rad … poboljšati naše znanje o ovim složenim tumorima mozga i omogućiti nam da pronađemo nove, efikasnije tretmane – nešto što je tako hitno potrebno onima koji su suočeni sa ovom razornom bolešću.“
Studija je bila saradnja između istraživača iz Leedsovog Bragg centra za istraživanje materijala; Leeds’ School of Electronic and Electrical Engineering; Institut za medicinska istraživanja u Lidsu i Institut Earlham u Noriču, koji su proučavali pojedinačne GBM ćelije u periodu od 72 sata.
Koristili su nanohiruršku platformu, koja je premala da bi se njome manipulisalo ručno. Male igle su precizno kontrolisane robotskim softverom kako bi ih doveo na poziciju, u ćelije u petrijevoj posudi. Druga igla nanopipete igra osnovnu ulogu u kontroli opreme.
Uređaj omogućava naučnicima da više puta uzimaju uzorke, da proučavaju progresiju bolesti u pojedinačnoj ćeliji. Mnoga istraživanja o molekularnoj biologiji su sprovedena na populacijama ćelija, dajući prosečan rezultat koji ignoriše činjenicu da je svaka ćelija drugačija.
Neke ćelije umiru tokom lečenja, ali druge prežive. Ključ za pronalaženje leka je razumevanje šta omogućava jednoj ćeliji da preživi i šta se dešava sa onima koji umiru.
Neviđena preciznost
Vodeći autor dr Fabio Markučio, naučni saradnik na Medicinskom fakultetu na Imperijal koledžu u Londonu, koji je sproveo istraživanje dok je bio u Lidsu, rekao je: „Naš uređaj omogućava proučavanje načina na koji se ćelije raka mozga prilagođavaju lečenju tokom vremena, sa neviđenim preciznost. Ovaj alat će obezbediti podatke koji bi mogli da dovedu do značajnih poboljšanja u lečenju raka i prognozama.“
On je dodao: „Ovaj rad je rezultat zajedničkih napora sa mojim kolegama i ko-voditeljem dr Čalmersom Čauom, naučnim saradnikom za bionanotehnologiju na Školi za elektroniku i elektrotehniku u Lidsu, i dr Džordžet Taner, bivša iz Lidsa, sada Bioinformatičar u Okford Nanopore Technologies, čiji su doprinosi bili fundamentalni za eksperimentalni dizajn i analizu podataka. Ovo pokazuje važnost stvaranja interdisciplinarnog tima za suočavanje sa najvećim izazovima našeg vremena.“
Plastičnost ćelija raka – sposobnost ćelija da promene svoje ponašanje – jedan je od najvećih izazova u lečenju raka jer je i dalje slabo shvaćena. GBM ćelije raka su posebno „plastične“: mogu se vrlo brzo prilagoditi, a smatra se da im to pomaže da razviju otpornost na radioterapiju i hemoterapiju. Učenje kako se ove ćelije prilagođavaju, a potom i kako ih možemo blokirati, moglo bi sprečiti da se rak ponovo pojavi, nešto što se skoro uvek dešava sa GBM.
Drugi odgovarajući autor i ko-voditelj dr Paolo Actis, vanredni profesor bio-nanotehnologije na Školi za elektroniku i elektrotehniku u Lidsu, radi na alatu za nanobiopsiju oko 15 godina i rekao je da su njegove nove mogućnosti, u poređenju sa originalnim obim, pružio „izvanredne prednosti“.
Dodao je: „Ćelije raka koje se ne ubijaju hemoterapijom su one zbog kojih rak ponovo raste i dovode do smrti.
„Naš alat može precizno odrediti ove ćelije i sada možemo da izvršimo biopsiju na njima kako bismo mogli konkretno da proučimo kako su se promenile one koje prežive tretman.
„Ovo je presudno važno jer što više možemo da razumemo kako se ćelije menjaju, više lekova možemo da razvijemo da ih sprečimo da se prilagode.“
Dr Stead je rekao da je potrebno sprovesti dalja istraživanja, koristeći ovu tehnologiju na mnogo više uzoraka u laboratoriji i na ljudima, ali da je ona već dala izuzetno vredne informacije.
