Ранняя диагностика опухоли крайне важна для успешной борьбы с заболеванием. Нетривиальный шаг в этом направлении сделала группа учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA). Она создала миниатюрный аналог липкой ленты для мух, который способен эффективно вылавливать из кровотока раковые клетки.

Новое устройство представляет собой кремниевую пластинку размером 1 на 2 сантиметра. Её покрывает кремниевый же лес из колонн поперечником в нанометры и длиной в микрометры, выглядящий словно ковёр с крупным грубым ворсом. В свою очередь «ворс» этот покрыт антителом anti-EpCAM — белком, способным распознавать и захватывать раковые клетки. Такую ершистую пластинку назвали соответственно silicon-nanopillar array (SiNP).

Для определения эффективности устройства авторы исследования создали аналогичную по размеру пластинку с ровной поверхностью, которую так же покрыли anti-EpCAM. И обе поместили в питательную среду, в которой культивировались клетки рака молочной железы. Оказалось, что пластинка с ворсом вылавливала из раствора 45–65% раковых клеток, а гладкая пластинка — только 4–14%. В среднем по серии опытов получалось, что наноструктурированная поверхность позволяет новому фильтру захватывать в 10 раз больше клеток, чем гладкому.

Вверху: SiNP с разной высотой «ворса». Внизу: так происходит захват клеток (фото и иллюстрация Shutao Wang et al.)

По словам одного из авторов работы Шутао Вана (Shutao Wang), наноструктура позволяет пластинке лучше взаимодействовать с микроскопическими элементами на поверхности клеток, что и повышает эффективность улавливания. Создатели SiNP полагают, что система станет производительной и при этом недорогой альтернативой ныне существующим методам диагностики рака.

Дело в том, что так называемые циркулирующие опухолевые клетки, присутствующие в кровотоке, могут предоставить медикам важную информацию о заболевании на той ранней стадии, когда биопсия не способна дать ничего. Кроме того, те же самые клетки, выловленные из образца крови, могут рассказать о прогрессировании болезни или, напротив, — продвижении в её лечении.

Определение же числа клеток, захваченных пластинкой, происходит просто: для их свечения применяется флуоресцентный состав-маркер, а далее SiNP помещают под взор автоматизированного микроскопа — подсчёт клеток выполняет несложная программа.

Вверху: наглядное отличие эффективности захвата со старым (плоским) и новым (ворсистым) вариантом «липкой ленты» для клеток. Внизу: последовательность опыта – помещение пластинок в питательную среду, загрузка образцов клеток, культивирование, промывка пластинки, добавка флуоресцентного маркера и получение микрофотографии (фото и иллюстрации UCLA, Shutao Wang et al.)

Авторы технологии также подобрали два разных флуоресцентных маркера, каждый из которых связывался либо только с живыми, либо только с умершими клетками. На фото под заголовком, к примеру, эти пойманные клетки светятся соответственно зелёным и красным. Данный приём расширяет возможности диагностики, утверждают учёные.

Важно и то, что традиционные методы анализа крови на наличие циркулирующих опухолевых клеток требуют минимум 3–4 часов времени, в то время как с SiNP та же задача может быть решена за два часа. Детали эксперимента изложены в пресс-релизе университета и статье в Angewandte Chemie.

Видео эксперимента: