Den høyteknologiske nanopipetten med dobbel tønne, utviklet av forskere fra University of Leeds, og brukt på den globale medisinske utfordringen kreft, har – for første gang – gjort det mulig for forskere å se hvordan individuelle levende kreftceller reagerer på behandling og endrer seg over tid – gi viktig forståelse som kan hjelpe leger med å utvikle mer effektive kreftmedisiner. 

Verktøyet har to nanoskopiske nåler, noe som betyr at det samtidig kan injisere og trekke ut en prøve fra samme celle, og utvide dens potensielle bruksområder. Og plattformens høye nivå av semi-automatisering har fremskyndet prosessen dramatisk, og gjort det mulig for forskere å trekke ut data fra mange flere individuelle celler, med langt større nøyaktighet og effektivitet enn tidligere mulig, viser studien. 

For tiden ødelegger teknikker for å studere enkeltceller dem, noe som betyr at en celle kan studeres enten før eller etter behandling. 

Denne enheten kan ta en "biopsi" av en levende celle gjentatte ganger under eksponering for kreftbehandling, og ta prøver av små ekstrakter av innholdet uten å drepe den, noe som gjør det mulig for forskere å observere reaksjonen over tid. 

I løpet av studien testet det tverrfaglige teamet, med biologer og ingeniører, kreftcellenes motstand mot kjemoterapi og strålebehandling ved å bruke glioblastom (GBM) – den dødeligste formen for hjernesvulst – som en testsak, på grunn av dens evne til å tilpasse seg behandlingen og overleve. 

Funnene deres er publisert i dag (7 GMT/2 ET, onsdag 6. mars) i tidsskriftet Vitenskap Fremskritt. 

Betydelig gjennombrudd 

En av papirets tilsvarende forfattere, Dr Lucy Stead, førsteamanuensis i hjernekreftbiologi ved University of Leeds' School of Medicine, sa: "Dette er et betydelig gjennombrudd. Det er første gang vi har en teknologi der vi faktisk kan overvåke endringene som skjer etter behandling, i stedet for bare å anta dem. 

"Denne typen teknologi kommer til å gi et lag med forståelse som vi rett og slett aldri har hatt før. Og den nye forståelsen og innsikten vil føre til nye våpen i vårt våpenlager mot alle typer kreft.» 

GBM er den kreften som har mest behov for de nye våpnene, fordi på 20 år har det ikke vært noen forbedring i overlevelse av denne sykdommen. 

Det henger så mye etter, og vi tror det er på grunn av den svært "plastiske" naturen til disse svulstene - deres evne til å tilpasse seg behandlingen og overleve den. 

Derfor er det så viktig at vi dynamisk kan observere og karakterisere disse cellene etter hvert som de endrer seg, slik at vi kan kartlegge reisen disse cellene kan ta, og deretter finne måter å stoppe dem ved hver sving. Vi kunne rett og slett ikke gjøre det med teknologiene vi hadde.» 

Dr Lucy Stead, førsteamanuensis i hjernekreftbiologi, University of Leeds' School of Medicine

Transformerende 

Dr. Stead leder Glioma Genomics-forskningsgruppen ved Leeds Institute of Medical Research ved St James's Hospital, som er fokusert på å prøve å kurere GBM hjernesvulster. Hun la til: "Denne teknologien kan være transformativ for denne spesielle kreften, og hjelpe oss endelig å identifisere effektive behandlinger for denne forferdelige, uhelbredelige sykdommen." 

Forskningen ble først og fremst finansiert av The Brain Tumor Charity, som regner den tidligere Leeds-fotballspilleren Dominic Matteo som en av sine høyprofilerte støttespillere. Matteo hadde ikke GBM, men gjennomgikk kirurgi for å fjerne en hjernesvulst i 2019. 

Dr Simon Newman, Chief Scientific Officer ved The Brain Tumor Charity, sa: "Vi vet at glioblastomceller reagerer forskjellig på behandling, og utvikler ofte behandlingsresistens som fører til tilbakefall. Utviklingen av denne nye teknologien, som kan trekke ut prøver fra tumorceller dyrket i laboratoriet før og etter behandling, vil gi et unikt innblikk i hvordan medikamentresistens kan utvikle seg og føre til at svulster vokser tilbake. 

"Vi håper at dette viktige arbeidet, finansiert av The Brain Tumor Charity, vil forbedre kunnskapen vår om disse komplekse hjernesvulstene og tillate oss å finne nye, mer effektive behandlinger - noe som er så presserende nødvendig for de som står overfor denne ødeleggende sykdommen." 

Collaborative 

Studien var et samarbeid mellom forskere fra Leeds' Bragg Center for Materials Research; Leeds' School of Electronic and Electrical Engineering; Leeds Institute of Medical Research, og Earlham Institute, Norwich, som studerte enkelt GBM-celler over en periode på 72 timer. 

De brukte den nanokirurgiske plattformen, som er altfor liten til å kunne manipuleres for hånd. De små nålene styres nøyaktig av robotprogramvare for å manøvrere dem på plass, inn i cellene i petriskålen. Nanopipettens andre nål spiller en grunnleggende rolle i å kontrollere utstyret. 

Enheten lar forskere ta prøver gjentatte ganger for å studere utviklingen av sykdom i en individuell celle. Mye forskning på molekylærbiologi utføres på populasjoner av celler, noe som gir et gjennomsnittsresultat som ignorerer det faktum at hver celle er forskjellig. 

Noen celler dør under behandlingen, men andre overlever. Nøkkelen til å finne en kur er å forstå hva som gjør at en celle kan overleve og hva som skjer med de som dør. 

Enestående presisjon 

Hovedforfatter Dr Fabio Marcuccio, forskningsassistent ved Det medisinske fakultet ved Imperial College London, som utførte forskningen mens han var i Leeds, sa: "Vår enhet tillater studiet av hvordan hjernekreftceller tilpasser seg behandling over tid, med enestående presisjon. Dette verktøyet vil gi data som kan føre til betydelige forbedringer i kreftbehandling og prognoser." 

Han la til: "Dette arbeidet er et resultat av et samarbeid med mine kolleger og medledere Dr Chalmers Chau, stipendiat i bionanoteknologi ved Leeds' School of Electronic and Electrical Engineering, og Dr Georgette Tanner, tidligere fra Leeds, nå bioinformatiker ved Oxford Nanopore Technologies, hvis bidrag var grunnleggende for eksperimentell design og dataanalyse. Dette viser viktigheten av å skape et tverrfaglig team for å takle de største utfordringene i vår tid." 

Kreftcelleplastisitet – cellenes evne til å endre atferd – er en av de største utfordringene i kreftbehandling, siden den fortsatt er dårlig forstått. GBM-kreftceller er spesielt "plastiske": de kan tilpasse seg veldig raskt, og dette antas å hjelpe dem med å utvikle resistens mot strålebehandling og kjemoterapi. Å lære hvordan disse cellene tilpasser seg, og deretter hvordan vi kan blokkere dem, kan forhindre at kreft oppstår igjen, noe som nesten alltid skjer med GBM. 

Camilla Hawkins, en ergoterapeut fra London, ble diagnostisert med GBM i august 2022. 55-åringen sa: «Alle funn, som disse, som kan bidra til å informere om nye behandlinger, må tas med takk. Forlenget god livskvalitet er verdt å leve, selv der prognosen er terminal." 

Avgjørende viktig 

 Den andre korresponderende forfatteren og medlederen Dr Paolo Actis, førsteamanuensis i bio-nanoteknologi ved Leeds' School of Electronic and Electrical Engineering, har jobbet med nanobiopsiverktøyet i rundt 15 år og sa at dets nye evner sammenlignet med dets opprinnelige omfang. , gitt "bemerkelsesverdige fordeler". 

Han la til: "Kreftceller som ikke blir drept av kjemoterapi er de som får kreften til å vokse tilbake og føre til døden. 

"Vårt verktøy kan finne disse cellene, og vi kan nå utføre biopsier på dem slik at vi spesifikt kan studere hvordan de som overlever behandling har endret seg. 

"Dette er svært viktig ettersom jo mer vi kan forstå hvordan cellene endrer seg, jo flere medisiner kan vi utvikle for å stoppe dem fra å tilpasse seg." 

Dr. Stead sa at ytterligere forskning måtte utføres ved å bruke denne teknologien på mange flere prøver i laboratoriet og hos mennesker, men at den allerede hadde gitt enormt verdifull informasjon. 

Ytterligere finansiering ble gitt av UK Research and Innovation og EU-kommisjonen. 

Case study

Camillas historie 

Camilla Hawkins ble diagnostisert med en multifokal glioblastoma multiforme hjernesvulst i august 2022. 

Ergoterapeuten, fra London, ringte fastlegen hennes for å få råd etter å ha slitt med å finne de riktige ordene i et arbeidsmøte. 

Til å begynne med trodde medisinere at hun kan ha fått hjerneslag, og etter å ha snakket med en fastlege, som rådet henne til å besøke sin lokale legevakt, ble hun innlagt på en slagavdeling. Tre uker med undersøkelser fulgte, før hun fikk vite diagnosen sin. Forståelig nok kom nyheten som et stort sjokk.  

Den 55 år gamle parkrun-entusiasten og frivillige, som løp London Marathon til støtte for The Brain Tumor Charity i fjor, sier: «Jeg gikk over natten fra å være en sprek og aktiv ergoterapeut til en innlagt pasient, som til slutt fikk diagnosen en uhelbredelig hjerne svulst med begrenset forventet levetid. 

«Jeg hadde jobbet med onkologi for mange år siden, og med hiv i over 25 år, så jeg var klar over statistikken om at én av to personer vil bli diagnostisert med kreft i løpet av livet. 

"Men muligheten for at jeg kunne ha en hjernesvulst hadde bokstavelig talt ikke kommet inn i hodet mitt (ingen ordspill!) Jeg hadde til og med kommentert til slagkonsulenten, 'det er i hvert fall ikke en hjernesvulst!' 

"Denne typen svulst er alltid stadium 4, og det finnes ingen kur. 

"Det er så lite forskning for denne tilstanden, og mangelen på forskning betyr at mange mennesker – inkludert meg selv – ser på andre måter vi kan kontrollere kreften vår på. Alle slags ting er foreslått som muligheter på pasientfora og på nettet, men ingen av disse er støttet av bevis, så medisinske fagfolk kan ikke kommentere dem. 

"Jeg forstår at med en pasientkohort som alle vil være terminale, vil forskning være utfordrende, men alle funn, som disse, som kan bidra til å informere om nye behandlinger, må ønskes velkommen. Forlenget god livskvalitet er verdt å leve, selv der prognosen er terminal." 

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://www.news-medical.net/news/20240306/Breakthrough-nanopipette-enables-real-time-observation-of-cancer-cell-reactions-to-treatment.aspx