1cc血找出各種癌細胞 奈米碳管精準投藥

作者 | 發布日期 2013 年 10 月 03 日 16:58 | 分類 奈米 , 生物科技 , 醫療科技
microfluidic chip 微流體晶片

癌症治療一向是愈早期效果愈好,如果用1cc的血就能抓出目前體內所有種類腫瘤細胞,那會是多麼令人興奮的事。而找到癌細胞後若能將藥物精準地放到病灶所在,如果中間血管堵塞了能夠用藥疏通,癌症的存活率必能有效提昇。



微流體晶片捕捉腫瘤細胞

如何在癌症一開始就發現它?美國密西根大學的研究者,利用「微流體」()晶片補捉血液中四處流竄的循環腫瘤細胞,還可以藉此監控細胞的成長過程,獲得研究數據。這項研究刊登在最新一期「自然奈米科技」網站。

這款晶片利用石墨烯氧化物製作,未來可望協助醫師更便利地診斷癌症,也不必用傳統的活檢方式就能對癌細胞做出更精確的預測。研究者 Diane Simeone 醫師指出,循環腫瘤細胞是癌症早期診斷的關鍵角色,而透過晶片還可以針對進行中的療法有什麼反應進行監控。同時,監控循環腫瘤細胞也可以讓我們對癌症主要死亡原因:腫瘤細胞的轉移或散布的機制有更多瞭解

microfluidic chip 微流體晶片▲透過「微流體」晶片可做癌症相當早期的診斷。(Photo Credit: University of Michigan)

不過,由於此類細胞在血液中數量不多─早期癌症病患每10億個細胞中才有1個,因此要找到它們並分離出來是項挑戰。團隊負責人 Sunitha Nagrath 比喻說,如果這是要在草堆中找一根針,她可以用一塊大磁鐵。而所謂的大磁鐵,就是他們在晶片上安置的許多如森林般緊密的分子鏈,上頭有抗體負責捕捉循環腫瘤細胞,頗有奈米魔鬼沾的味道。

為了測試這款晶片,他們一次使用一毫升的血液實驗,裡面平均50億到100億細胞中僅有3到5個腫瘤細胞。實驗結果,在超過10次實驗中,捕捉到腫瘤細胞的成功率為73%。為了區別腫瘤細胞,他們使用螢光分子技術並用顯微鏡觀察。他們也試著讓乳癌細胞在晶片上生長超過6天時間,以觀察它們的分佈情形,量多一點也有助於研究分析。

microfluidic chip 微流體晶片
▲一個腫瘤細胞已經附著在晶片上花瓣形接觸面上。(Photo Credit: University of Michigan)

這款晶片目前確定可以捕捉胰、肺與乳房腫瘤細胞,特別的是,他們曾在一位早期肺癌患者身上捕捉到4種腫瘤細胞,這代表對於癌症早期診斷有相當大的幫助。

奈米碳管當藥物載體

我們之前報導了「全球首台奈米碳管晶體電腦開發成功」,開啟了奈米碳管的一項重要的應用,不過它好用的地方不止於此。利用奈米碳管與抗體合成的類似 DNA 結構分子,可以將治療癌症的藥物準確送到人體內腫瘤生長的部位。這項研究刊登在「自然奈米科技」(Nature Nanotechnology)網站。

利用特殊載體攜帶藥物以更精確地找到病灶的確實位置,是近來生醫界研究的方向之一,像 DNA 橡木桶也是採用相同的概念。不過奈米碳管的好處是它可以攜帶大量藥物進入人體,而且最後可以經由腎臟排出體外。做法分成兩階段,首先抗體被修改成類似短鏈 DNA 的形狀,接著奈米碳管也修改成短鏈型態跟抗體互補,當抗體找到腫瘤細胞時,便可與它緊緊綁在一起,再把藥物釋放出來。

nanotube
▲奈米碳管示意圖。(Photo Credit: Memorial Sloan-Kettering Cancer Center)

特別的是,研究者還發現奈米碳管如果帶有放射性同位素225Ac,還可以用來處理老鼠身上的淋巴瘤,因為奈米碳管很快就可以被清除乾淨,不會毒害身體。

降血壓藥輔助治療癌症

老藥新用一直是一條開發新療法的捷徑,而且說老實話,老藥已經經過全世界無數鮮活的「白老鼠」試驗過了,有什麼問題大概也知道。我們之前有報導過阿斯匹靈降膽固醇藥 Statin 都有了新的用途,現在,另一款問市超過10年的老藥 Losartan ,將有助於癌症化療時的效果。這項研究由「美國新聞與世界報導:2013-2014美國年度最佳醫院」中排名第二的麻省總醫院 Rakesh K. Jain 博士團隊提出,刊登在自然通訊(Nature Communications)雜誌網站。

Losartan 是一種血管緊張素II抑制劑,其作用在促進血管舒張,過去一直應用在治療高血壓。Jain 的團隊將 Losartan 搭配化療一起使用,發現它可以促使血管流量增加,讓藥物與氧氣更能輸送到患有乳癌與胰臟癌的老鼠腫瘤內部

他們先前的研究發現抑止腫瘤內膠原細胞生成有助於散佈分子較大的一些藥物,而這次的研究則是著重在像 Losartan 類的藥物,是否有助於減低腫瘤內血管被壓縮而不流通的情形。他們發現一種癌相關纖維細胞會產生膠原與玻尿酸,兩者造成腫瘤細胞內血管被壓縮,而 Losartan 可以降低這種細胞的活性。實驗中單純使用 Losartan 對腫瘤的生長沒有顯著影響,但搭配化療後,腫瘤成長明顯趨緩,增加了存活率。

tumor vessel
▲藍色為膠原細胞,綠色為血管。上圖是 Losartan 用藥前,膠原細胞壓迫血管,下圖是用藥後,血管路徑打通了。(Photo Credit: Vikash Chauhan, PhD, Steele Lab for Tumor Biology, Massachusetts General Hospital)

但是打開腫瘤內血管不也給了腫瘤細胞接收更多養份的機會?Jain 認為若是因此搭配化療、放療、免疫療法等仍將帶來好的結果。接下來他們將針對胰臟癌患者進行臨床實驗以驗證在老鼠身上的實驗效果。

有了一次找出各種腫瘤細胞的技術,再搭配精準的投藥技術與打通交通要道的方法,配合以基因特徵重新分類讓癌症用藥更為彈性,這樣好像太過美好了些,不過也不是不可能啊。

(Opening Photo Credit: University of Michigan)

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註釋
微流體(Microfluidics):奈米機器人是我們相當熟悉的把機械元件微型化的結果,而微流體則是指操控液體的微型機械元件。這款微流體晶片也是一種把實驗室整個微小化的具體案例,除了省時、攜帶方便,所需實驗品劑量較少,污染程度低,安全性也比較高。(回到本文

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