As amostras de sangue passam pelos chips de microfluídicas. As amostras de ouro são muito pequenas para se distinguirem a olho nu no dispositivo de trabalho, resultando em um brilho metálico. Crédito da imagem: Joseph Xu, Engenharia de Comunicações e Marketing da Universidade de MichiganANN ARBOR – Um chip de microfluídica, desenvolvido na Universidade de Michigan, está entre os melhores dispositivos na captura de elusivas células tumorais circulantes do sangue e pode apoiar o crescimento das células para análises posteriores.

O dispositivo, acredita-se ser o primeiro a unir essas funções, utiliza um material eletrônico avançado, o óxido de grafeno. Nas clínicas, o tal dispositivo poderia, um dia, ajudar os médicos a diagnosticarem cânceres, darem prognósticos mais precisos e testarem opções de tratamento em células cultivadas sem submeter pacientes a biópsias tradicionais.

“Se conseguirmos adquirir essas tecnologias para trabalhar, vamos avançar com novas drogas contra o câncer e revolucionar o tratamento dos pacientes com câncer,” disse o médico Max Wicha, Diretor do Centro de Câncer da U-M e co-autor de estudo sobre o novo dispositivo, publicado on-line esta semana no jornal Nature Nanotechnology .

“As células tumorais circulantes vão desempenhar um papel importante no diagnóstico precoce do câncer e nos ajudar a entender se o tratamento está funcionando em nossos pacientes com câncer, servindo como uma biópsia líquida para avaliar as respostas do tratamento em tempo real,” disse a médica e co-autora Diane Simeone, professora de Cirurgia da Escola de Medicina da U-M e diretora do programa de Oncologia Translacional.

“Os estudos sobre as células tumorais circulantes também vão nos ajudar a compreender os mecanismos biológicos básicos pelos quais as células cancerígenas entram em metástase ou se espalham para órgãos distantes — a principal causa de morte em pacientes com câncer.”

Estas células ainda não estão vivendo de acordo sua promessa na medicina, porque elas são tão difíceis de serem separadas a partir de uma amostra de sangue, dizem os pesquisadores. No sangue dos pacientes com câncer em fase inicial, elas são menos de uma em cada bilhão de células, então apanhá-las é mais difícil do que encontrar a proverbial agulha no palheiro.

“Eu posso queimar o palheiro ou usar um ímã enorme,” disse Sunitha Nagrath, professora assistente de Engenharia Química, que liderou a pesquisa. “Quando se trata de células tumorais circulantes, elas quase parecem — se sentem como — qualquer outra célula do sangue.”

Um microscópio óptico revela uma célula cancerosa ligada à flor “padrão.”“O time de Nagrath produziu densas florestas de cadeias moleculares no chip de microfluídica, cada uma equipada com um anticorpo para agarrar as células cancerosas.

Mesmo depois que as células são capturadas, ainda é difícil executar uma análise robusta em apenas algumas delas, dizem os pesquisadores. É por isso que essa demonstração de captura de células de tumores altamente sensíveis, combinada com a capacidade de desenvolver as células no mesmo dispositivo, é tão promissora.

Hyeun Joong Yoon, um investigador pós-doc do Laboratório de Nagrath, com formação em Engenharia Elétrica, foi fundamental para elaborar o chip de microfluídica. Ele começou com uma base de silício e acrescentou uma grade de quase 60.000 formas planas de ouro, como quatro pétalas de flores, cada uma não mais larga que um fio de cabelo.

As flores de ouro atraíram naturalmente o material relativamente novo, chamado óxido de grafeno. Estas folhas de carbono e oxigênio, com apenas alguns átomos de espessura, foram colocadas em camadas sobre o ouro. Esta formação em camadas permitiu que a equipe desenvolvesse as cadeias moleculares de célula tumoral de captura tão densamente.

“É como se cada grafeno tivesse muitos nano-braços para capturar células,” Nagrath disse.

Para testar o dispositivo, o time trabalhou com amostras de sangue de um mililitro através das câmaras finas dos chips. Mesmo quando eles tinham acrescentado apenas de três a quatro células cancerosas às entre 5 e 10 bilhões células sanguíneas, o chip foi capaz de capturar todas as células da amostra 50% das vezes, com uma média de 73 por cento em mais de 10 ensaios.

“Essa é a porcentagem mais alta que qualquer um tenha mostrado na literatura para eliminar um número tão baixo de células,” Nagrath disse.

Células cancerosas brilham em verde com as etiquetas fluorescentes.A equipe contou as células cancerosas capturadas marcando-as com moléculas fluorescentes e as visualizando através de um microscópio. Essas marcações facilitaram a distinção das células cancerosas das células sanguíneas acidentalmente capturadas. Os pesquisadores também desenvolveram células de câncer de mama durante seis dias, usando um microscópio eletrônico para ver como elas se espalharam nas flores de ouro.

“Quando você tem células individuais, a quantidade de material em cada célula é frequentemente tão pequena que é difícil desenvolver ensaios moleculares,” Wicha disse. “Este dispositivo permite que as células sejam cultivadas em quantidades maiores para que se possa fazer uma análise genética mais facilmente.”

O chip pôde capturar células cancerígenas do pâncreas, da mama e do pulmão nas amostras dos pacientes. Nagrath ficou surpresa que o dispositivo foi capaz de capturar cerca de quatro células tumorais por mililitro de sangue de pacientes com câncer pulmonar, mesmo que eles estivessem em um estágio inicial da doença.

Trabalhando em uma equipe que inclue tanto engenheiros quanto profissionais da área médica da U-M, Nagrath está otimista que a nova técnica poderá alcançar as clínicas em três anos.

O estudo é intitulado “Sensitive capture of circulating tumor cells by functionalized graphene oxide nanosheets.” A Universidade está buscando a proteção da patente para a propriedade intelectual e está procurando parceiros de comercialização para ajudar a trazer a tecnologia para o mercado.

Esta pesquisa é apoiada pelo National Institutes of New Innovator Award No. do Diretor de Saúde 1DP2OD006672-01.

Related Links:

• Sunitha Nagrath: http://www.engin.umich.edu/dept/che/research/nagrath
• Translational Oncology Program: http://www.cancer.med.umich.edu/news/translational-oncology-program2012.shtml