Нанотрубки-ловушки поймают вирусы и раковые клетки

Новое микрожидкостное устройство размером около 18 мм в диаметре позволяет выявлять единичные раковые клетки в образце крови

.

Профессор Гарвардского университета Мехмет Тоунер (Mehmet Toner) разработал первую версию устройства четыре года назад. Принцип действия исходного устройства заключался в том, что попадавшая в него кровь омывала десятки тысяч крошечных силиконовых цилиндров, покрытых антителами, связывающими злокачественные клетки. Однако при этом части клеток удавалось избежать столкновения с покрытой антителами поверхностью

• Эти состоящие из углеродных нанотрубок цилиндры связывают раковые клетки и другие крошечные объекты во время их движения через микрожидкостное устройство. Диаметр каждого цилиндра составляет 30 микрометров.

Эту проблему удалось решить с помощью эксперта по разработке сложных наноинженерных материалов для изготовления летательных аппаратов из Массачусетского технологического института Брайан Уардл (Brian Wardle). Результатом сотрудничества стало появление усовершенствованного устройства, в котором силиконовые цилиндры заменили сходными цилиндрами из углеродных нанотрубок, что повысило эффективность связывания опухолевых клеток в 8 раз.

• Оторвавшиеся от первичной опухоли циркулирующие в кровотоке раковые клетки обычно очень трудно выявить из-за их чрезвычайно низкой концентрации, обычно составляющей несколько клеток на миллилитр крови, содержащий десятки миллиардов нормальных клеток. Однако обнаружение таких клеток обладает исключительной важностью для диагностики метастазирования, которое является причиной гибели 90% онкологических пациентов.

Высокая эффективность разработанного устройства обусловлена чрезвычайной пористостью нанотрубок. Формируемый внутри устройства «частокол», содержащий 10–100 миллиардов нанотрубок на квадратный сантиметр, менее чем на 1% состоит из углерода, тогда как оставшиеся 99% приходятся на воздух. В результате содержащиеся в образце крови клетки практически не имеют шансов остаться незамеченными.

• Использование различных антител и изменение расстояния между нанотрубками позволяет устройству связывать объекты различного размера: от опухолевых клеток с диаметром около 1 микрона до вирусов, размер частиц которых измеряется десятками нанометров.

Тогда как устройство уже проходит клинические исследования в нескольких больницах, ученые уже работают над созданием его модифицированной версии, предназначенной для диагностики ВИЧ.

http://rnd.cnews.ru/…cience.shtml?…

Mehmet Toner

Новый прибор позволит определить раковые клетки и ВИЧ прямо «на лету»

Гарвардские биоинженеры и авиационные инженеры из Массачусетского Технологического Института (MIT) создали прибор, который способен обнаружить отдельные раковые клетки в крови. Это позволит врачам быстро определить распространяется ли рак в теле пациента

• Микрофлюидные устройства размером примерно с 10-центовую монету могут обнаружить различные вирусы, такие как ВИЧ. Данная технология может быть применена врачами в развивающихся странах, где трудно найти деньги на дорогостоящее диагностическое оборудование, говорит Мехмет Тоунер, профессор биомедицинской инженерии Гарвардской медицинской школы и член Отдела здравоохранения, науки и техники Гарварда-MIT.

Тонер соорудил прототип этого устройства 4 года назад. В этой версии через кровь, взятую у пациента, протекает более 10 тысяч крошечных кремниевых частиц, покрытых антителами, которые приклеиваются к опухолевым клеткам.

• Тонер предположил, что если частицы будут пористыми, а не твердыми, то это позволит клеткам просачиваться через них. Для достижения данной цели профессор заручился поддержкой Брайана Уордла, доцента астронавтики и воздухоплавания из MIT и эксперта в области проектирования наноинженерии современных композитных материалов.

На пару они спроектировали новый микрофлюидный прибор, снабженный углеродными нанотрубками. Это позволяет собирать раковые клетки в 8 раз лучше, чем оригинал. Циркулирующие опухолевые клетки (раковые клетки, которые отломились от изначальной опухоли), как правило, очень трудно обнаружить. В 1 мл крови их содержится всего несколько штук, когда нормальных клеток порядка десяти миллиардов. Однако обнаружение этих клеток является важным этапом определения метастаз рака.

«Из всех смертей от рака, 90 процентов не являются результатом основной опухоли. Они от раковых клеток, распространяющихся из этой самой опухоли», — сообщает Уордл.

• При проектировании современных материалов часто используются углеродные нанотрубки – крошечные, полые цилиндры, стенки которых являются решетками из атомов углерода. Частицы содержат от 10 до 100 миллиардов нанотрубок на квадратный сантиметр. То есть порядка 1 процента углерода и 99 процентов воздуха, что спокойно позволяет протекать жидкости сквозь них. Как и в ранней версии, поверхность каждой трубки может быть покрыта антителами. В частице размещаются различные геометрические узоры из трубок, что позволяет увеличить вероятность попадания целевой клетки. Исследователи могут варьировать размеры трубчатых узоров, чтобы захватить различные объекты — от опухолевых клеток, размером до 1 микрона, до вирусов, размер которых всего лишь 40 нанометров.

Исследователи в настоящее время начинают работу по адаптации устройства для диагностики ВИЧ-инфекции. Устройство Тонера уже проходит испытание в нескольких больницах и уже через несколько лет станет возможным его коммерческое распространение.

• Рашид Башир, директор Микро и Нанотехнологической лаборатории в Университете штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, говорит, что возможность фильтрации определенных частиц, клеток или вирусов из крови, для их анализа является важным шагом на пути создания портативных диагностических приборов.

Никита Еремин

http://www.3dnews.ru/news/608983/