Лист лотоса — первопроходец в области самоочищающихся и водоотталкивающих технологий. Вода на поверхности этого материала как будто парит. Такой эффект достигается благодаря особой текстуре, в которой воздух содержится в наноразмерных гребнях и складках.
Исследователи из Университета Райса (Rice University) предложили использовать эффект лотоса для создания системы, которая позволит выращивать скопления раковых клеток. Такая система может помочь лучше понять свойства опухолей, изучение которых представляет сложность.
Новая поверхность для выращивания на основе оксида цинка имитирует структуру листа лотоса. Это обеспечивает возможность создания легко настраиваемой платформы для высокопроизводительного формирования трёхмерных наноразмерных моделей опухолей.
Райс Майкл Кинг (Michael King), биоинженер, разработал устройство SHArD с супергидрофобной матрицей. Это устройство можно использовать для создания настраиваемых и компактных моделей, которые имитируют физиологические процессы. Такие модели позволяют изучать развитие рака, включая стадию метастазирования, когда раковые клетки распространяются по кровотоку из первичной опухоли в другие части тела.
«Изучение метастазирования — основной причины смертности от рака — представляет собой особую проблему. Отчасти это связано с тем, что сложно разработать точные модели с высокой пропускной способностью», — сказал Кинг, который является одним из авторов исследования, опубликованного в журнале ACS Nano. В этом исследовании описывается новая культурная платформа.
Кинг выразил надежду, что этот инструмент поможет получить новые знания об этой проблемной стадии заболевания и найти способы вмешательства, чтобы остановить или предотвратить её развитие.
Теперь учёные и врачи исследуют образцы крови, содержащие циркулирующие опухолевые клетки — ключевой маркер метастазирования. Это позволяет понять свойства первичных опухолей и причины распространения рака.
Метод отбора образцов, который часто называют «жидкой биопсией», не всегда даёт достаточное количество материала для глубокого и масштабного изучения метастатических процессов.
«К сожалению, концепция «безопасности в цифрах» применима и к раковым клеткам, которые циркулируют в кровотоке», — отметила Александрия Картер, научный сотрудник лаборатории Кинга и соавтор исследования.
По её словам, единичные раковые клетки с бо́льшей вероятностью могут быть разрушены под воздействием напряжения сдвига или атакованы иммунными клетками. Однако, когда они путешествуют группами, вероятность того, что они успешно достигнут других частей тела и осядут там, увеличивается».
«Эти единичные раковые клетки, которые можно обнаружить в образце крови, встречаются крайне редко. Поэтому очень сложно выделить достаточное количество кластеров для подробного исследования. Именно поэтому SHArD — это новый и многообещающий инструмент для изучения первичного и метастатического рака».
В лабораториях Кинга ранее уже создавали слои наностержней из природного вещества — галлуазита. Его структура позволяет опухолевым клеткам прикрепляться к нему, в то время как клетки крови не могут этого сделать.
В 2018 году Калан Джаявардана присоединился к команде Райса. Он начал свои эксперименты по созданию наностержней из оксида цинка.
Доктор Кинг, научный сотрудник Техасского института профилактики и исследования рака (Cancer Prevention and Research Institute of Texas Scholar), недавно стал доктором медицинских наук. Он присоединился к команде Райса в качестве постдокторанта.
Изначально у нас не было конкретной цели для применения этого материала. Нам было просто интересно узнать, какими особыми свойствами он может обладать и как это может быть полезно в области онкологии.
Позже проект был передан аспирантке лаборатории Кинга Марии Лопес-Кавестани (), и он начал развиваться в захватывающем направлении. В настоящее время Кавестани, выпускница, уже получившая степень доктора философии, является первым автором исследования.
Как только им удалось вырастить стабильный «ковер» исследователи создали SHArD, взяв за основу нанотрубки оксида цинка и покрыв их сверху тефлоном. Это позволило воссоздать структуру листа лотоса: наноразмерная шероховатость в сочетании с гидрофобным слоем обеспечивают настоящую супергидрофобность.
Этот термин происходит от греческого слова «сверхстрах перед водой». Для создания SHArD исследователи добавили решётку микролунок с отсеками идеального размера. После этого систему протестировали, чтобы оценить её производительность.
«SHArD готов к использованию в биомедицинских исследованиях», — сказал Картер. «Любая лаборатория, обладающая доступом к чистым помещениям, может использовать наши протоколы и создавать версии этой платформы, подходящие именно для их исследовательских проектов».
Изначально созданный для надёжного выращивания первичных опухолей с повышенной эффективностью, SHArD обладает широкими настройками и может быть легко применён для выращивания метастатических скоплений.
Успешное использование SHArD для выращивания сфероидальных моделей первичных опухолей уже расширило возможности моделирования рака. Это даёт возможность создавать супергидрофобные устройства для культивации без необходимости в узкоспециализированном оборудовании.
«Устройство, формирующее кластеры, открыло новые перспективы для исследований опасных скоплений клеток, которые можно обнаружить в кровотоке пациентов с раком на поздних стадиях», — отметил Кинг.
Литература:
Maria Lopez-Cavestany et al, Superhydrophobic Array Devices for the Enhanced Formation of 3D Cancer Models, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.4c08132
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
