Den högteknologiska nanopipetten med dubbla fat, utvecklad av forskare vid University of Leeds, och tillämpad på den globala medicinska utmaningen cancer, har – för första gången – gjort det möjligt för forskare att se hur enskilda levande cancerceller reagerar på behandling och förändras över tid – ge vital förståelse som kan hjälpa läkare att utveckla mer effektiv cancermedicin. 

Verktyget har två nanoskopiska nålar, vilket innebär att det samtidigt kan injicera och extrahera ett prov från samma cell, vilket utökar dess potentiella användningsområden. Och plattformens höga nivå av semi-automatisering har påskyndat processen dramatiskt, vilket gör det möjligt för forskare att extrahera data från många fler enskilda celler, med mycket större noggrannhet och effektivitet än vad som tidigare varit möjligt, visar studien. 

För närvarande förstör tekniker för att studera enstaka celler vanligtvis dem, vilket innebär att en cell kan studeras antingen före eller efter behandlingen. 

Den här enheten kan ta en "biopsi" av en levande cell upprepade gånger under exponering för cancerbehandling, provtagning av små extrakt av dess innehåll utan att döda den, vilket gör det möjligt för forskare att observera dess reaktion över tid. 

Under studien testade det tvärvetenskapliga teamet, med biologer och ingenjörer, cancercellers resistens mot kemoterapi och strålbehandling med glioblastom (GBM) – den dödligaste formen av hjärntumör – som ett testfall, på grund av dess förmåga att anpassa sig till behandlingen och överleva. 

Deras resultat publiceras idag (7:2 GMT/6:XNUMX ET, onsdagen den XNUMX mars) i tidskriften Vetenskap Förskott. 

Betydligt genombrott 

En av tidningens motsvarande författare, Dr Lucy Stead, docent i hjärncancerbiologi vid University of Leeds School of Medicine, sa: "Detta är ett betydande genombrott. Det är första gången som vi har en teknik där vi faktiskt kan övervaka de förändringar som sker efter behandlingen, snarare än att bara anta dem. 

"Den här typen av teknik kommer att ge ett lager av förståelse som vi helt enkelt aldrig har haft tidigare. Och den nya förståelsen och insikten kommer att leda till nya vapen i vårt arsenal mot alla typer av cancer.” 

GBM är den cancer som mest behöver de nya vapnen eftersom det inte har skett någon förbättring av överlevnaden i denna sjukdom på 20 år. 

Det släpar efter så mycket och vi tror att det beror på den mycket "plastiska" naturen hos dessa tumörer – deras förmåga att anpassa sig till behandlingen och överleva den. 

Det är därför det är så viktigt att vi dynamiskt kan observera och karakterisera dessa celler när de förändras, så att vi kan kartlägga den resa som dessa celler kan ta, och sedan hitta sätt att stoppa dem vid varje tur. Vi kunde helt enkelt inte göra det med den teknik vi hade." 

Dr Lucy Stead, docent i hjärncancerbiologi, University of Leeds School of Medicine

Transformativ 

Dr Stead leder forskargruppen Glioma Genomics vid Leeds Institute of Medical Research vid St James's Hospital, som är inriktad på att försöka bota GBM-hjärntumörer. Hon tillade: "Denna teknik kan vara transformerande för just denna cancer, och hjälpa oss att äntligen identifiera effektiva behandlingar för denna hemska, obotliga sjukdom." 

Forskningen finansierades i första hand av The Brain Tumor Charity, som räknar före detta Leeds-fotbollsspelaren Dominic Matteo som en av sina högprofilerade supportrar. Matteo hade inte GBM men opererades för att ta bort en hjärntumör 2019. 

Dr Simon Newman, Chief Scientific Officer vid The Brain Tumor Charity, sa: "Vi vet att glioblastomceller reagerar olika på behandling och utvecklar ofta behandlingsresistens som leder till återfall. Utvecklingen av denna nya teknologi, som kan extrahera prover från tumörceller odlade i labbet före och efter behandling, kommer att ge en unik inblick i hur läkemedelsresistens kan utvecklas och leda till att tumörer växer tillbaka. 

"Vi hoppas att detta viktiga arbete, finansierat av The Brain Tumor Charity, kommer att förbättra vår kunskap om dessa komplexa hjärntumörer och göra det möjligt för oss att hitta nya, mer effektiva behandlingar - något som så akut behövs för dem som står inför denna förödande sjukdom." 

Collaborative 

Studien var ett samarbete mellan forskare från Leeds' Bragg Center for Materials Research; Leeds' School of Electronic and Electrical Engineering; Leeds Institute of Medical Research och Earlham Institute, Norwich, som studerade enstaka GBM-celler under en period av 72 timmar. 

De använde den nanokirurgiska plattformen, som är alldeles för liten för att kunna manipuleras för hand. De små nålarna styrs exakt av robotmjukvara för att manövrera dem på plats, in i cellerna i petriskålen. Nanopipettens andra nål spelar en grundläggande roll för att kontrollera utrustningen. 

Enheten gör det möjligt för forskare att ta prover upprepade gånger för att studera sjukdomsförloppet i en enskild cell. Mycket forskning om molekylärbiologi bedrivs på populationer av celler, vilket ger ett genomsnittligt resultat som ignorerar det faktum att varje cell är olika. 

Vissa celler dör under behandlingen, men andra överlever. Nyckeln till att hitta ett botemedel är att förstå vad som gör att en cell kan överleva och vad som händer med de som dör. 

Oöverträffad precision 

Huvudförfattare Dr Fabio Marcuccio, forskningsassistent vid medicinska fakulteten vid Imperial College London, som utförde forskningen medan han var i Leeds, sa: "Vår enhet tillåter studier av hur hjärncancerceller anpassar sig till behandling över tid, med oöverträffad precision. Detta verktyg kommer att tillhandahålla data som kan leda till betydande förbättringar av cancerbehandling och prognoser." 

Han tillade: "Detta arbete är resultatet av ett samarbete med mina kollegor och medledare Dr Chalmers Chau, forskare i bionanoteknologi vid Leeds School of Electronic and Electrical Engineering, och Dr Georgette Tanner, tidigare från Leeds, nu bioinformatiker vid Leeds School of Electronic and Electrical Engineering. Oxford Nanopore Technologies, vars bidrag var grundläggande för den experimentella designen och dataanalysen. Detta visar vikten av att skapa ett tvärvetenskapligt team för att ta sig an vår tids största utmaningar.” 

Cancercellplasticitet – cellers förmåga att ändra sitt beteende – är en av de största utmaningarna inom cancerbehandling eftersom den fortfarande är dåligt förstådd. GBM-cancerceller är särskilt "plastiska": de kan anpassa sig mycket snabbt, och detta tros hjälpa dem att utveckla resistens mot strålbehandling och kemoterapi. Att lära sig hur dessa celler anpassar sig, och sedan hur vi kan blockera dem, kan förhindra att cancer återkommer, något som nästan alltid händer med GBM. 

Camilla Hawkins, en arbetsterapeut från London, fick diagnosen GBM i augusti 2022. 55-åringen sa: "Alla fynd, som dessa, som kan hjälpa till att informera om nya behandlingar, måste välkomnas. Förlängd god livskvalitet är värt att leva, även där prognosen är terminal.” 

Avgörande viktigt 

 Den andra motsvarande författaren och medledaren Dr Paolo Actis, docent i bio-nanoteknologi vid Leeds School of Electronic and Electrical Engineering, har arbetat med nanobiopsiverktyget i cirka 15 år och sa att dess nya möjligheter jämfört med dess ursprungliga omfattning , gav "anmärkningsvärda fördelar". 

Han tillade: "Cancerceller som inte dödas av kemoterapi är de som får cancern att växa tillbaka och leda till döden. 

"Vårt verktyg kan lokalisera dessa celler och vi kan nu göra biopsier på dem så att vi specifikt kan studera hur de som överlever behandlingen har förändrats. 

"Detta är oerhört viktigt eftersom ju mer vi kan förstå hur cellerna förändras, desto fler läkemedel kan vi utveckla för att hindra dem från att anpassa sig." 

Dr Stead sa att ytterligare forskning behövde utföras med hjälp av denna teknik på många fler prover i labbet och på människor, men att det redan hade gett enormt värdefull information. 

Ytterligare finansiering tillhandahölls av UK Research and Innovation och Europeiska kommissionen. 

Fallstudie

Camillas berättelse 

Camilla Hawkins diagnostiserades med en multifokal glioblastoma multiforme hjärntumör i augusti 2022. 

Arbetsterapeuten från London ringde sin husläkare för att få råd efter att ha kämpat för att hitta de rätta orden på ett arbetsmöte. 

Först trodde läkare att hon kan ha drabbats av en stroke, och efter att ha pratat med en praktiserande läkare, som rådde henne att besöka sin lokala akutmottagning, lades hon in på en strokeavdelning. Tre veckors undersökningar följde innan hon fick veta sin diagnos. Förståeligt nog kom nyheten som en enorm chock.  

Den 55-åriga parkrun-entusiasten och volontären, som sprang London Marathon till stöd för The Brain Tumor Charity förra året, säger: "Jag gick över en natt från att vara en vältränad och aktiv arbetsterapeut till en sluten patient, som till slut fick diagnosen en obotlig hjärna. tumör med begränsad livslängd. 

"Jag hade arbetat inom onkologi för många år sedan och med hiv i över 25 år, så jag var medveten om statistiken att en av två personer kommer att få diagnosen cancer under sin livstid. 

"Men möjligheten att jag kan ha en hjärntumör hade bokstavligen inte kommit in i mitt huvud (ingen ordlek!) Jag hade till och med kommenterat till Stroke-konsulten, 'det är åtminstone inte en hjärntumör!' 

"Denna typ av tumör är alltid stadium 4, och det finns inget botemedel. 

"Det finns så lite forskning för detta tillstånd, och bristen på forskning gör att många människor – inklusive jag själv – ser till andra sätt på vilka vi kan kontrollera vår cancer. Alla möjliga saker föreslås som möjligheter på patientforum och på webben, men inget av dessa stöds av bevis, så läkare kan inte kommentera dem. 

"Jag förstår att med en patientkohort som alla kommer att vara terminala, kommer forskning att bli utmanande, men alla fynd, som dessa, som kan hjälpa till att informera om nya behandlingar, måste välkomnas. Förlängd god livskvalitet är värt att leva, även där prognosen är terminal.” 

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://www.news-medical.net/news/20240306/Breakthrough-nanopipette-enables-real-time-observation-of-cancer-cell-reactions-to-treatment.aspx