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精准医疗的有力工具——微流体装置,模拟癌症治疗与动物研究同样有效

精准医疗的有力工具——微流体装置,模拟癌症治疗与动物研究同样有效

图片来源:Purdue University photo/Altug Ozcelikkale

通过微流体装置模拟体内肿瘤环境,用于测试癌症疗法,作为一个非常有潜力的药物筛选工具,它可以在很大程度上替代动物研究。

普渡大学教授机械和生物医学工程Bumsoo Han教授表示,微流体装置的长期目标是与患者身体上活检的癌细胞相结合,用于测试不同药物对于患者身上衍生出的癌细胞的治疗是否有效。

“有很多种不同类型的化疗药,因此,临床医生也许可以缩小这个范围,找到那些相对比之下更加有效的药物,”他说。“成功的药物递送以及克服耐药性,对于目前的临床癌症治疗和管理来说是主要的挑战。为了解决这一问题,我们开发了芯片上的肿瘤微环境(T-MOC)。”

这款设备的尺寸大约4.5平方厘米(1.8英寸),并且包含了“微流体”孔道。癌细胞被培养在孔道内三维的“细胞外基质”中。实验同时纳入“间质液体”,间质液体是存在于肿瘤中的,往往被认为是药物递送的一道障碍。

耐药和其它肿瘤亚型的存在是化疗有效性的重要瓶颈。癌细胞产生多重耐药性蛋白,将抗癌药物出细胞外,帮助癌细胞在化疗药物的治疗下存活下来。有了这样的一个微流体装置,很好的模拟了癌细胞所来自的肿瘤微环境,因而,它可以作为一个应用于“精准医疗”的工具。因为,这项工具可以用于对特定患者个体以及特定癌症类型的治疗研究。

新的研究发现详细发表在一篇论文中,刊登在11月的Journal of Controlled Release》上。论文的第一作者是普渡大学博士后研究助理Altug Ozcelikkale。

这项研究旨在开发一个药物筛选平台模拟多重的药物抗性机制,并与现在研究的金标准-小型动物研究进行验证,Han表示。 

研究人员使用常用化疗药物阿霉素进行了实验,并且还测试了阿霉素以传统形式和纳米药物形式递送上的差异。

研究人员先证明了T-MOC设备能够区分不同种类的癌细胞。在最近的发现中,团队展示了在T-MOC和小鼠中,分别测试了两种乳腺癌细胞MCF-7以及MDA-MB-231的药物有效性。

调查结果还显示,T-MOC能够模拟“血浆清除”,这是一种身体反应机制,抗癌药物经过肝脏和肾脏的过滤,只允许少量的到达肿瘤。

此外,阿霉素抗性的分子机制与在小鼠中的相一致,Han说。在T-MOC培养的两个细胞系与在标准培养基中培养的对照组相比,都表现出了对药物抗性的增长,这与在小鼠体内获得的结果相同,表明它更接近与真实的生命中所获得结果

“这证实了T-MOC对体内药物反应的预测能力,”Han说。“这项T-MOC的初始特征表明其引领药物的有效性测试变革的潜力。”

微流体装置使得药物在真正应用于临床前,有了一个极具潜力和参考价值的评估工具。未来研究人员的工作,将扩展至研究不同的癌症类型,包括胰腺癌和前列腺癌。

参考资料:

[1] 'Microfluidic' device simulates cancertreatment as effectively as research animals

[2] Microfluidic Device for Onco ChemoTesting

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