Istraživači sa Univerziteta u Mičigenu razvili su način otkrivanja cirkulišućih tumorskih ćelija u krvotoku pacijenata sa rakom pankreasa i pluća.
Kako se tumori razvijaju, oni izbacuju ćelije u krvotok. Iako su ove cirkulišuće tumorske ćelije znatno nadmašuju milione drugih krvnih zrnaca, njihovo rano otkrivanje može potencijalno poboljšati rezultate lečenja.
Na primer, rak pankreasa ima lošu prognozu, jer je prekasno za lečenje u vreme kada je otkriven. Slično tome, stopa otkrivanja raka pluća, posebno ako se ponovo pojavi nakon tretmana, takođe je loša.
Trenutne tehnike detekcije cirkulišućih tumorskih ćelija uključuju obeležavanje specifičnih proteina na površini tumorskih ćelija fluorescentnim bojama. Ove obojene ćelije se zatim mogu lako otkriti u uzorcima krvi.
Međutim, postoje neki nedostaci. Neke od ćelija možda nemaju te proteine na svojoj površini i stoga se mogu propustiti. Tehnike takođe propuštaju vredne informacije o tome šta se dešava unutar ćelija raka.
„Ove postojeće tehnike obično uključuju metode koje na kraju ubijaju ćelije raka, čime nas sprečavaju da te ćelije koristimo za dalja istraživanja“, rekla je Sunita Nagrat, profesorka hemijskog inženjerstva.
„Shvatili smo da nam je potreban alternativni način da identifikujemo cirkulišuće tumorske ćelije dok su žive.“
Da bi to uradili, istraživači su se okrenuli biolaserima.
Iako metoda i dalje uključuje bojenje ćelija raka bojama, ona ih ne ubija i umesto da zavise od proteina koji se nalaze na površini ćelija, istraživači mogu da oboje nešto što je sastavni deo svih ćelija – njihovo jezgro.
Koristeći uzorke krvi pacijenata sa rakom pankreasa, istraživači su prvo prošli kroz sve ćelije kroz kružni lavirint, nazvan Lavirint, koji je prethodno odvojio cirkulišuće tumorske ćelije, koje su nešto veće od drugih belih krvnih zrnaca.
„To je kao da se vozite po krivini biciklom u odnosu na kamion – sile koje doživljavate su veoma različite. Kao rezultat toga, veće tumorske ćelije se fokusiraju na drugačiju lokaciju u poređenju sa manjim belim krvnim zrncima“, rekao je Nagrath.
Zatim su stavili tumorske ćelije između dva ogledala i jednu po jednu ćeliju u njih sijali ekscitacioni laser.
Kada je pobuda dovoljno jaka, ćelije imaju lasersku emisiju i nazivaju se ćelijskim laserima.
„Laserska emisija iz ćelijskog lasera je mnogo jača od onoga što dobijamo od tradicionalnih fluorescentnih tehnika“, rekao je Ksudong (Šerman) Fan, profesor biomedicinskog inženjerstva.
„Slike laserske emisije su takođe različite; u emisiji fluorescencije ćelije izgledaju kao užarene sfere. Međutim, pomoću lasera možete videti različite oblike koji pružaju informacije o tome kako je DNK organizovana unutar ćelija raka.“
Ove razlike su, međutim, suptilne. Istraživači su se stoga za pomoć obratili mašinskom učenju.
Koristeći model Deep Cell-Laser Classifier, uspeli su da precizno odaberu ćelije raka pankreasa u 99% vremena. Model je bio toliko efikasan da je, iako je obučen koristeći ćelije raka pankreasa, bio u stanju da identifikuje ćelije raka pluća bez potrebe za dodatnom obukom.
„Iako postoji nekoliko istraživačkih grupa koje rade sa biolaserima, mi smo prvi koji ga koristimo za kliničke studije raka i cirkulišućih tumorskih ćelija“, rekao je Fan.
Idući dalje, grupa je zainteresovana za izgradnju uređaja koji može izolovati ćelije raka nakon što su otkrivene.
„U našem sistemu, ako želite da sakupite cirkulišuće tumorske ćelije, morate da uklonite gornje ogledalo, što može prouzrokovati pomeranje ćelije i onda gubite pojam o njoj“, rekao je Fan.
„Želimo da razvijemo sistem u kome se ćelije kreću jedna po jedna kroz tačku laserske ekscitacije, a zatim prođu kroz uređaj za sortiranje ćelija koji nam pomaže da sortiramo i sakupljamo ćelije za naknadnu analizu.
Tim takođe planira da koristi svetlosne obrasce koje stvaraju ćelije kako bi bolje razumeli koji su tumori agresivniji ili otporniji na lečenje.
„Sve ove cirkulišuće ćelije mogu biti veoma različite jedna od druge“, rekao je Nagrath. „Identifikovanje kako se agresivne ćelije menjaju tokom ciklusa lečenja bi bilo od pomoći.“
