Plukke celler ud af blodbanen

Bioingeniører har udviklet en implanterbar enhed, der fanger meget rene prøver af stamceller, der cirkulerer i blodet. Enheden, en længde af plastikslange belagt med proteiner, kunne føre til bedre knoglemarvstransplantationer og stamcelleterapier, og den viser også lovende som en måde at fange og omprogrammere kræftceller, der strejfer i blodbanen. Virksomheden CellTraffix kommercialiserer teknologien.

Cellefanger: University of Rochester bioingeniør Michael King holder en sektion af plastikmikrorør foret med proteiner, der fanger kræft og stamceller.

Når patienter får knoglemarvstransplantationer, er det, de virkelig modtager, infusioner af en type voksen stamcelle. Knoglemarvs-afledte stamceller spiller en afgørende rolle i at forny blodet gennem voksenalderen, hvilket skaber nye celler til at transportere ilt og bekæmpe infektioner. Disse voksne stamceller kan udtages ved hjælp af den nye enhed.

Den nye enhed efterligner et lille blodkar: det er et plastikrør på et par hundrede mikrometer i diameter, der er belagt med proteiner kaldet selectiner. Formålet med selectiner i kroppen ser ud til at være at bremse nogle få typer celler, så de kan modtage andre kemiske signaler. Et hvidt blodlegeme kan for eksempel blive bedt om at forlade kredsløbet og trænge ind i et sår, hvor det ville beskytte mod infektion. Selectiner får [nogle] celler til at klæbe og bremse, siger Michael King , en kemiingeniør ved University of Rochester, der udvikler enheder til cellefangst. Forskellige typer selektiner associeres med forskellige slags celler, herunder blodplader, knoglemarvs-afledte stamceller og immunceller såsom hvide celler.

I en kommende publikation i British Journal of Hematology , rapporterer King, at selectin-coatede mikrorør implanteret i rotter kan fange meget rene prøver af aktive stamceller fra cirkulerende blod. Han gav en lignende demonstration af stamcelleoprensning med prøver taget fra menneskelig knoglemarv sidste år. Kræftpatienter kræver ofte knoglemarvstransplantationer efter hårde kemoterapi- og strålebehandlinger, der dræber voksne stamceller i blodet.

Multimedier

• Se Michael Kings nye enhed i aktion.

Renheden af ​​disse transplantationer kan være et spørgsmål om liv eller død. Når transplantationen er afledt af patientens egen knoglemarv - ekstraheret før behandling - er det afgørende, at det ikke indeholder kræftceller. Når det kommer fra en anden person, er der en chance for, at donorens immunceller vil angribe modtageren, hvis de ikke bliver filtreret fra. Men de nuværende oprensningsmetoder er langsomme og ineffektive, siger King. De, der er afhængige af antistofgenkendelse eller cellestørrelse og -form, ekstraherer typisk kun en lille del af stamcellerne i en blodprøve; resten går til spilde.

Otteogtyve procent af cellerne fanget af Kings implantater var stamceller. Dette er forbløffende i betragtning af, hvor sjældne de er i blodbanen, siger King. Implantater ville sandsynligvis ikke være i stand til at fange nok stamceller til transplantation. Men King mener, at filtrering af en donors blod gennem en lang strækning af selectin-belagte slanger uden for kroppen, i en proces, der ligner dialyse, ville være meget effektiv. Denne teknik vil helt klart være nyttig uden for kroppen som et middel til at rense knoglemarvs-afledte stamceller, siger Daniel hammer , formand for bioingeniør ved University of Pennsylvania.

Hammer mener, at Kings enheder også vil have bredere anvendelser som implantater, der tjener til at mobilisere en persons egne stamceller til at regenerere beskadiget væv. Ved at bremse cellerne med selectiner og derefter udsætte dem for andre slags signaler, siger Hammer, kunne Kings enheder fange stamceller, koncentrere dem og differentiere dem uden nogensinde at skulle tage cellerne ud af kroppen. Der kan også være en måde at bruge selectiner til at udvinde neurale stamceller.

Det er en meget vidtrækkende opdagelse, siger Hammer. King siger faktisk, at han allerede har haft en vis succes med at bruge selectin-belægninger til at omprogrammere kræftceller.

Kræftceller ser ud til at udvælge selektionsveje for at sprede sig til andre dele af kroppen, processen kendt som metastase. Tumorer kaster celler ud i blodbanen. Nogle af disse celler ser ud til at gå ud ved hjælp af selectiner; indlejret i nyt væv, etablerer de så nye tumorer. Disse sekundære tumorer forårsager flere kræftdødsfald end initiale tumorer gør.

King siger, at han har upubliceret arbejde, der viser, at leukæmiceller, der ruller langs en belægning af selectiner og et kræftspecifikt signalmolekyle, vil gennemgå en proces kaldet programmeret celledød. Sunde stamceller ruller også hen over enheden, fordi de er tiltrukket af selectinerne, men dødssignalet påvirker dem ikke. Leukæmi er en blodkræft, men King forventer, at anticancer-belægningen også vil fungere for solide tumorer. Enheder foret med disse belægninger kan implanteres i cancerpatienter for at forhindre eller bremse metastasering.

King håber at teste antimetastaseimplantater i dyr i år. han samarbejder med Jeffrey Karp , en bioingeniør ved Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology, og Robert Langer , en MIT Institute Professor, for at udvikle selectin-belægninger, der er stabile over måneder frem for dage.

CellTraffix CEO Tom Fitzgerald siger, at virksomhedens første produkt, et kit, der vil gøre det muligt for forskere at fange et stort antal stam- og kræftceller i laboratoriet, sandsynligvis vil komme på markedet i begyndelsen af ​​næste år. Virksomheden håber at påbegynde klinisk test af anticancer-belægningerne i begyndelsen af ​​2010.

skjule