Lotosov list je pionir samočišćenja, vodoodbojnog inženjeringa. Kapljice vode gotovo lebde na njegovoj površini, čija jedinstvena tekstura zadržava vazduh u svojim nano-velikim grebenima i naborima.
Bioinženjeri Univerziteta Rajs izveštavaju da su iskoristili efekat lotosa za razvoj sistema za kultivisanje klastera ćelija raka koji može da rasvetli svojstva tumora koje je teško proučavati. Nova površina za kultivisanje zasnovana na cink oksidu oponaša strukturu površine lotosovog lista, pružajući visoko podesivu platformu za visoko propusnu generaciju trodimenzionalnih modela tumora na nanosmeru.
Uređaj superhidrofobnog niza (SHArD) koji je dizajnirao Rice bioinženjer Majkl King i saradnici može se koristiti za kreiranje prilagodljivih, kompaktnih, fiziološki relevantnih modela za proučavanje progresije raka, uključujući metastaze – stadijum bolesti kada ćelije raka putuju kroz krvotok iz primarno mesto tumora na druge delove tela.
„Proučavanje metastaza ⎯ vodećeg uzroka smrti od raka ⎯ predstavlja poseban izazov delimično zbog poteškoća u razvoju tačnih modela visoke propusnosti“, rekao je King, koji je dopisni autor studije objavljene u ACS Nano koja opisuje nova platforma za kultivisanje. „Nadamo se da će ovaj alat otključati nova saznanja o ovoj problematičnoj fazi bolesti i pomoći nam da identifikujemo načine da intervenišemo kako bismo zaustavili ili sprečili da se to dogodi.“
Naučnici i kliničari se sada oslanjaju na uzorke krvi koji sadrže cirkulišuće tumorske ćelije ⎯ ključni marker metastaza ⎯ da bi razumeli svojstva primarnih tumora, kao i šta uzrokuje širenje raka. Često nazivan „tečnom biopsijom“, ovaj pristup uzorkovanja obično ne daje dovoljno „ulova“ da bi se omogućile dubinske studije velikih razmera metastatskih procesa.
„’Bezbednost u brojevima’ se nažalost takođe odnosi na ćelije raka koje cirkulišu u krvotoku“, rekla je Aleksandrija Karter, istraživač u King laboratoriji koja je koautor studije. „Ćelije raka koje putuju same imaju veću vjerovatnoću da podlegnu uništavanju stresom smicanja ili napadima imunih ćelija. Međutim, kada putuju u grupama, povećava se vjerovatnoća da će uspješno doći i nastaniti se u drugim dijelovima tijela.“
„Onih nekoliko usamljenih ćelija raka u jednom vađenju krvi je već retko, tako da je izolovanje dovoljno klastera za detaljnu studiju posebno izazovno. Zbog toga je SHArD uzbudljiv novi alat za razumevanje primarnog i metastatskog raka.“
King laboratorija je prethodno uspela da stvori nanorodne slojeve haloizita, prirodne supstance čija tekstura promoviše adheziju cirkulišućih tumorskih ćelija dok istovremeno odbija krvne ćelije.
„Kada se Kalana Jaiavardana pridružio našoj laboratoriji kao novi postdoktorski saradnik 2018. godine, počeo je da eksperimentiše sa uzgojem površina nanošipka cink oksida“, rekao je King, naučnik Teksaškog instituta za prevenciju i istraživanje raka koji se nedavno pridružio Rajs kao E.D. Mesar Katedra za bioinženjering i specijalni savetnik prorektora za saradnju u nauci o životu sa Teksaškim medicinskim centrom. „U početku nismo imali na umu konkretnu primenu, ali smo bili radoznali i nadali smo se da će novi materijal imati posebna svojstva koja bi bila korisna za biologiju raka.“
Projekat je kasnije preuzela doktorantka u King laboratoriji, Marija Lopez-Kavestani, i krenula je u uzbudljivom pravcu. Cavestani, sada Ph.D. diplomirani, prvi je autor studije.
Jednom kada su uspeli da uzgajaju stabilan „tepih“ od nanocevi od cink oksida, istraživači su na vrh dodali premaz nalik teflonu, u suštini rekreirajući strukturu lotosovog lista – hrapavost nanorazmera u kombinaciji sa hidrofobnim slojem koji je zajedno doveo do prave superhidrofobnosti, odnosno potiče od grčkog za „ekstremni strah od vode“. Da bi napravili SHArD, istraživači su dodali rešetku mikrobuna sa odeljcima savršene veličine, a zatim testirali sistem da bi procenili njegove performanse.
„SHARD je spreman za upotrebu u biomedicinskim istraživanjima“, rekao je Karter. „Svaka laboratorija sa pristupom čistoj prostoriji može da prati naše protokole i kreira verzije ove platforme koje zadovoljavaju tačne potrebe njihovih specifičnih istraživačkih projekata.
Prvobitno zamišljen kao sredstvo za pouzdanu kulturu primarnih modela tumora sa većom propusnošću, SHArD je veoma prilagodljiv i lako se može prilagoditi i metastatskim klasterima kulture. Činjenica da je SHArD uspešno korišćen za uzgoj sferoidnih modela primarnih tumora već proširuje komplet alata za modeliranje raka, što omogućava stvaranje superhidrofobnih uređaja za kultivisanje u odsustvu visoko specijalizovane opreme.
„Uređaj za formiranje klastera otvorio je vrata novim oblastima istraživanja opasnih klastera pronađenih u krvotoku pacijenata sa rakom u kasnoj fazi“, rekao je King.
