NK-GO微流控芯片

工程師和腫瘤學(xué)家合作開發(fā)了一種微流控芯片，該芯片能夠捕獲人體的自然殺手免疫細(xì)胞，以收集殺死癌癥的外泌體。

密西根大學(xué)羅杰爾癌癥中心和密西根大學(xué)工程學(xué)院的研究人員在新興療法有望部署人體的“自然殺手”免疫細(xì)胞對抗癌癥的基礎(chǔ)上，邁出了一步。

他們已經(jīng)開發(fā)出被認(rèn)為是捕捉天然殺傷細(xì)胞并使它們釋放稱為外泌體的殺死癌癥的數(shù)據(jù)包的第一種系統(tǒng)方法。這些納米級外泌體比自然殺傷細(xì)胞（或簡稱NK細(xì)胞）小數(shù)千倍，因此能夠更好地穿透癌細(xì)胞的防御系統(tǒng)。

對來自五名非小細(xì)胞肺癌患者血液樣本的概念驗證研究表明，該方法能夠在微流控芯片上捕獲自然殺傷細(xì)胞，并將其用于“培養(yǎng)” NK外泌體。

根據(jù)《先進(jìn)科學(xué)》上發(fā)表的發(fā)現(xiàn)，由UM工程師和腫瘤學(xué)家組成的多學(xué)科團(tuán)隊進(jìn)一步證明，外泌體可以有效殺死細(xì)胞培養(yǎng)物中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞。

“外泌體是蛋白質(zhì)和其他分子的小囊，幾乎由體內(nèi)的每種類型的細(xì)胞自然釋放，”化學(xué)工程研究員，該研究的共同作者Yoon-Tae Kang博士說。 。“在這種情況下，我們想加深對NK外泌體的了解，并嘗試發(fā)揮其殺癌潛力。”

與NK細(xì)胞相比，NK外泌體更穩(wěn)定，更易于修飾用于治療目的。研究指出，該系統(tǒng)還具有幫助診斷和監(jiān)測癌癥的潛力。

“但是，基于NK細(xì)胞的療法的一個主要瓶頸是，將NK細(xì)胞注射入患者體內(nèi)后，它們不擅長滲透到腫瘤微環(huán)境中，”研究的共同作者之一提醒道，“ NK細(xì)胞衍生的外泌體包含相同的殺死癌癥的分子，但它們小得多并且能夠更好地滲透到腫瘤中。”

Sunitha Nagrath說：雖然先前的少數(shù)研究已經(jīng)研究了NK外泌體殺死癌細(xì)胞的能力，但是還沒有一種系統(tǒng)的方法來捕獲患者來源的NK細(xì)胞并使用它們來生成NK外泌體。

她說：“外泌體的優(yōu)勢在于它們是有機(jī)的，是您體內(nèi)固有的。” “我們不必制造它們。該方法的優(yōu)點在于能夠?qū)K細(xì)胞捕獲在微流控芯片上，將它們在芯片上孵育一段短時間，然后收集由細(xì)胞釋放的外泌體。”

NK外泌體收獲系統(tǒng)結(jié)合了三種技術(shù)。首先，研究人員在UM開發(fā)的氧化石墨烯微流體芯片上捕獲了NK細(xì)胞。然后將細(xì)胞孵育，促使它們釋放外來體。外泌體被微小的磁珠（稱為ExoBeads）捕獲，它們被外泌體特異性抗體包裹。將珠子從芯片上除去，并使用不同的方法將NK外泌體與它們分離。同時，該團(tuán)隊使用了一種稱為Labyrinth的液體活檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是由UM開發(fā)的，用于從患者血液樣本中分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞，以評估NK細(xì)胞與外泌體以及循環(huán)腫瘤細(xì)胞之間的相關(guān)性。

這些早期研究工作檢查了來自五名肺癌患者和兩個健康對照組的樣本。

“我們發(fā)現(xiàn)樣品中存在的NK細(xì)胞越多，循環(huán)中的腫瘤細(xì)胞就越少，” Niu說。“我們還發(fā)現(xiàn)樣本中的腫瘤細(xì)胞越多，NK外泌體的存在就越多-這表明癌癥的存在正在刺激NK細(xì)胞產(chǎn)生抗癌外泌體。”

其他實驗表明，源自患者樣品的NK外泌體確實能夠殺死細(xì)胞培養(yǎng)物中循環(huán)的腫瘤細(xì)胞。

循環(huán)中的腫瘤細(xì)胞是已經(jīng)脫離原發(fā)性腫瘤并開始通過血流的細(xì)胞。然后這些可以通過稱為轉(zhuǎn)移的過程在人體其他部位播種新的癌癥。

“當(dāng)我們剛開始這項研究時，我們不確定我們是否能夠使用芯片和ExoBeads來產(chǎn)生和收獲NK外泌體，” Nagrath說。“或者，如果我們能夠足夠有效地收集它們以用于潛在的治療用途。NK細(xì)胞捕獲過程，從珠子中分離NK外泌體，創(chuàng)建測定方法來評估外泌體殺死癌細(xì)胞的能力-要成功使用此方法，必須對許多組件進(jìn)行優(yōu)化，每個組件一個提出了自己的挑戰(zhàn)。”

研究人員指出，外來體還具有被進(jìn)一步工程化和優(yōu)化以更有效地對抗癌細(xì)胞的良好潛力。

后續(xù)研究人員需要進(jìn)一步的驗證和工作，才能將該技術(shù)開發(fā)成潛在的未來臨床用途。

由于COVID-19大流行的緊急情況，該研究中包括的患者樣本數(shù)量受到限制，這導(dǎo)致整個UM校園暫時關(guān)閉實驗室。研究人員計劃繼續(xù)使用更多的患者樣品進(jìn)行這項工作。他們還與合作者合作，在癌癥小鼠模型中測試外泌體在體內(nèi)抗腫瘤的功效。

關(guān)于使用該技術(shù)從血液中捕獲免疫細(xì)胞以為醫(yī)生提供有關(guān)患者癌癥的其他信息的其他工作正在進(jìn)行中。這與大多數(shù)液體活檢技術(shù)不同，后者專注于捕獲和評估循環(huán)中的腫瘤細(xì)胞。

針對免疫檢查點的免疫療法已徹底改變了幾種癌癥的癌癥治療方法。然而，只有極少數(shù)的患者表現(xiàn)出持久的臨床益處和治愈效果。”密歇根醫(yī)學(xué)大學(xué)腫瘤學(xué)家兼內(nèi)科學(xué)教授MBBS的合著者Nithya Ramnath說。“單獨或與免疫檢查點抑制劑聯(lián)合使用NK細(xì)胞進(jìn)行的初步研究僅顯示了適度的結(jié)果。另一方面，NK衍生的外泌體能夠更有效地進(jìn)入腫瘤。目前的論文代表了不僅可以收集NK細(xì)胞，而且還可以收集NK衍生的外泌體的技術(shù)進(jìn)步，可以幫助將來的免疫治療方法提供信息。”

Reference: “On-Chip Biogenesis of Circulating NK Cell-Derived Exosomes in Non-Small Cell Lung Cancer Exhibits Antitumoral Activity” by Yoon-Tae Kang, Zeqi Niu, Thomas Hadlock, Emma Purcell, Ting-Wen Lo, Mina Zeinali, Sarah Owen, Venkateshwar G. Keshamouni, Rishindra Reddy, Nithya Ramnath and Sunitha Nagrath, 28 January 2021, Advanced Science.

DOI: 10.1002/advs.202003747

文章來源：

https://scitechdaily.com/scientists-farm-natural-killer-cells-using-a-microfluidic-chip-in-novel-cancer-fighting-approach/

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