دانلود ترجمه مقاله دستگاه میکروفلوئیدیک برای تسریع در شکار فیزیکی خوشه های سلول توموری – ۲۰۱۵ NATURE

دستگاه میکروفلوئیدیک برای تسریع در شکار فیزیکی بدون برچسب خوشه های سلول های توموری

A microfluidic device for label-free, physical capture of circulating tumor cell clusters

نتایج

طراحی خوشه-تراشه

توصیف و بهینه سازی تراشه با استفاده از لاین های سلولی

خوشه-تراشه از روش های دیگر بهتر است

خوشه آزاد شده از خوشه-تراشه

شکار خوشه های CTC از نمونه های خون بیماران

آنالیز ایمونوسیتوشیمیایی و مولکولی خوشه های CTC بیمار

بحث

مواد و روش ها

سلول های سرطانی از طریق جریان خون یا به عنوان سلول های تومور انفرادی در حال گردش (CTCs) یا گروه های چند سلولی (خوشه های CTC) متاستاز می شوند. فناوری های موجود برای غنی سازی CTC ها برای جداسازی CTC ها تکی طراحی شده اند و اگر چه خوشه های CTC در بعضی موارد قابل تشخیص هستند، شیوع و اهمیت واقعی آن ها هنوز تعیین نشده است. در اینجا یک تکنولوژی میکروتراشه (خوشه-تراشه) برای شکار خوشه های CTC به طور مستقل از نشانگرهای اختصاصی تومور از خون پردازش نشده توسعه یافته است. خوشه های CTC از طریق تله های منشعب کننده اختصاصی در شرایط تنش برشی کم جداسازی می شوند که یکپارچگی آن ها حفظ شود و حتی خوشه های دوسلولی به طور موثر شکار می شوند. ما با استفاده از خوشه-تراشه، خوشه های CTC را در ۳۰-۴۰ درصد از بیماران مبتلا به سرطان متاستازی سینه یا پروستات و یا ملانوما شناسایی کردیم. توالی یابی RNA خوشه های CTC، منشا توموری آن ها را تایید و ماکروفاژهای حاصل از بافت را در میان خوشه ها شناسایی کرد. گرفتن کارآمد خوشه های CTC، تشخیص دقیق خواص بیولوژیکی و نقش آن ها در متاستاز را امکان پذیر می سازد.

بحث
ما یک تکنولوژی ریزسیالی معرفی می کنیم که به طور خاص خوشه های CTC را از نمونه های خون غیر پردازش شده ی بیماران مبتلا به سرطان جدا می کند. شکار پویای ساختارهای چند سلولی که روی ساختارهای مثلثی تحت جریان کم متعادل شده اند، قابلیت های مهمی را فراهم می کند که به راحتی با استراتژی های فعلی جداسازی CTC به دست نمی آید. تکنولوژی های موجود در ابتدا CTC های تکی را مورد هدف قرار می دهند و حساسیت و اختصاصی بودن آن در شکار خوشه ها کم است. تکنیک های خالص سازی دسته ای که بهطور گسترده استفاده می شود (۱۳،۱۴،۱۹،۲۰،۳۳) شامل چندین مرحله پردازش است که احتمالا باعث اختلال خوشه های CTC می شوند. تصویربرداری فلورسانس با سرعت بالا از نمونه های خون کمتر غنی شده برای تشخیص خوشه CTC کارایی دارد (۱۳)، اما خلوص کم، تجزیه مولکولی پایین دست آن را پیچیده می کند. دستگاه های ریزسیال بهینه شده برای جداسازی CTC های تکی، می توانند خوشه های CTC را جداسازی کنند (۴،۱۵)؛ با این حال، از بین رفتن خوشه ها ممکن است با بهینه سازی شرایط جریان برای شکار CTC تکی همراه باشد. فیلتر کردن نمونه های خون از غشاهای با منافذ کوچک (۱۴،۱۹،۲۰) ممکن است موثر باشد، اما این روش ها با جریان های سریع کار می کنند، که منجر به نیروهای برشی بسیار زیاد می شود. به همین ترتیب، مشابه آنچه در شبیه سازی کامپیوتری ما مدلسازی شد، خوشه های CTC احتمالا آسیب دیده یا حتی از طریق منافذ نسبتا کوچکتر فشرده می شوند.

Cancer cells metastasize through the bloodstream either as single migratory circulating tumor cells (CTCs) or as multicellular groupings (CTC clusters). Existing technologies for CTC enrichment are designed to isolate single CTCs, and although CTC clusters are detectable in some cases, their true prevalence and significance remain to be determined. Here we developed a microchip technology (the Cluster-Chip) to capture CTC clusters independently of tumor-specific markers from unprocessed blood. CTC clusters are isolated through specialized bifurcating traps under low–shear stress conditions that preserve their integrity, and even two-cell clusters are captured efficiently. Using the Cluster-Chip, we identified CTC clusters in 30–۴۰% of patients with metastatic breast or prostate cancer or with melanoma. RNA sequencing of CTC clusters confirmed their tumor origin and identified tissue-derived macrophages within the clusters. Efficient capture of CTC clusters will enable the detailed characterization of their biological properties and role in metastasis.

DISCUSSION

We introduce a microfluidic technology that specifically isolates CTC clusters from unprocessed blood samples of patients with cancer. The dynamic capture of multicellular structures as they are balanced on triangular structures under low flow offers important capabilities that are not readily achieved with current CTC isolation strategies. Existing technologies primarily target single CTCs and exhibit lower sensitivity and specificity for capturing clusters. Widely used batch purification techniques13,14,19,20,33 involve multiple processing steps that are likely to disrupt CTC clusters. High-speed fluorescence imaging of minimally enriched blood samples is efficient for CTC cluster detection13, but the low purity complicates downstream molecular analysis. Microfluidic devices optimized to isolate single CTCs can also isolate CTC clusters4,15; however, substantial losses of clusters may be associated with the optimization of flow conditions for single CTC capture. Filtering blood samples through membranes with small pores14,19,20 may be effective, but these approaches employ high flow rates, which results in extremely high shear forces. As such, CTC clusters are likely damaged or even squeeze through relatively smaller pores, as modeled in our computer simulation.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

دستگاه میکروفلوئیدیک برای تسریع در شکار فیزیکی بدون برچسب خوشه های سلول های توموری

A microfluidic device for label-free, physical capture of circulating tumor cell clusters