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Estrarre le cellule dal flusso sanguigno
I bioingegneri hanno sviluppato un dispositivo impiantabile che cattura campioni molto puri di cellule staminali che circolano nel sangue. Il dispositivo, una lunghezza di tubo di plastica rivestito di proteine, potrebbe portare a migliori trapianti di midollo osseo e terapie con cellule staminali, e si mostra anche promettente come un modo per catturare e riprogrammare le cellule tumorali che vagano nel flusso sanguigno. L'azienda CellTraffix sta commercializzando la tecnologia.
Cattura cellule: Il bioingegnere dell'Università di Rochester, Michael King, sostiene una sezione di microtubi di plastica rivestita di proteine che intrappolano il cancro e le cellule staminali.
Quando i pazienti ricevono trapianti di midollo osseo, ciò che ricevono realmente sono le infusioni di un tipo di cellula staminale adulta. Le cellule staminali derivate dal midollo osseo svolgono un ruolo cruciale nel rinnovamento del sangue durante l'età adulta, creando nuove cellule per trasportare ossigeno e combattere le infezioni. Queste cellule staminali adulte possono essere campionate utilizzando il nuovo dispositivo.
Il nuovo dispositivo imita un piccolo vaso sanguigno: è un tubo di plastica di poche centinaia di micrometri di diametro rivestito di proteine chiamate selectine. Lo scopo delle selectine nel corpo sembra essere quello di rallentare alcuni tipi di cellule in modo che possano ricevere altri segnali chimici. Un globulo bianco, per esempio, potrebbe essere istruito a lasciare la circolazione ed entrare in una ferita, dove si proteggerebbe dall'infezione. Le selectine fanno sì che [alcune] cellule si attacchino e rallentino, dice Michael King , un ingegnere chimico dell'Università di Rochester che sta sviluppando i dispositivi di cattura delle cellule. Diversi tipi di selectine si associano a diversi tipi di cellule, comprese le piastrine, le cellule staminali derivate dal midollo osseo e le cellule immunitarie come i globuli bianchi.
In una prossima pubblicazione in British Journal of Hematology , King riferisce che i microtubi rivestiti di selectina impiantati nei ratti possono catturare campioni molto puri di cellule staminali attive dal sangue circolante. L'anno scorso ha dato una dimostrazione simile della purificazione delle cellule staminali con campioni prelevati dal midollo osseo umano. I malati di cancro spesso richiedono trapianti di midollo osseo dopo una dura chemioterapia e trattamenti con radiazioni che uccidono le cellule staminali adulte nel sangue.
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Guarda il nuovo dispositivo di Michael King in azione.
La purezza di questi trapianti può essere una questione di vita o di morte. Quando il trapianto deriva dal midollo osseo del paziente, estratto prima del trattamento, è fondamentale che non contenga cellule cancerose. Quando proviene da un'altra persona, c'è la possibilità che le cellule immunitarie del donatore attacchino il ricevente se non vengono filtrate. Ma gli attuali metodi di purificazione sono lenti e inefficienti, afferma King. Quelli che si basano sul riconoscimento degli anticorpi o sulla dimensione e la forma delle cellule in genere estraggono solo una piccola frazione delle cellule staminali in un campione di sangue; il resto va sprecato.
Il ventotto percento delle cellule catturate dagli impianti di King erano cellule staminali. Questo è sorprendente dato quanto sono rari nel flusso sanguigno, dice King. Gli impianti probabilmente non sarebbero in grado di catturare abbastanza cellule staminali per il trapianto. Ma King crede che filtrare il sangue di un donatore attraverso un lungo tratto di tubi rivestiti di selectina all'esterno del corpo, in un processo simile alla dialisi, sarebbe molto efficiente. Questa tecnica sarà chiaramente utile al di fuori del corpo come mezzo per purificare le cellule staminali derivate dal midollo osseo, afferma Daniel martello , cattedra di bioingegneria presso l'Università della Pennsylvania.
Hammer ritiene che i dispositivi di King avranno anche applicazioni più ampie come impianti che servono a mobilitare le cellule staminali di una persona per rigenerare i tessuti danneggiati. Rallentando le cellule con selectine e quindi esponendole ad altri tipi di segnali, afferma Hammer, i dispositivi di King potrebbero catturare le cellule staminali, concentrarle e differenziarle, senza mai doverle togliere dal corpo. Potrebbe esserci un modo per utilizzare le selectine anche per estrarre le cellule staminali neurali.
Questa è una scoperta di vasta portata, afferma Hammer. In effetti, King afferma di aver già avuto un certo successo utilizzando i rivestimenti di selectina per riprogrammare le cellule tumorali.
Le cellule tumorali sembrano dirottare i percorsi di selezione per diffondersi ad altre parti del corpo, il processo noto come metastasi. I tumori rilasciano le cellule nel flusso sanguigno. Alcune di quelle cellule sembrano uscire con l'aiuto di selectine; sistemati in un nuovo tessuto, stabiliscono quindi nuovi tumori. Questi tumori secondari causano più morti per cancro rispetto ai tumori iniziali.
King afferma di avere un lavoro inedito che dimostra che le cellule leucemiche che rotolano lungo un rivestimento di selectine e una molecola di segnalazione specifica per il cancro subiranno un processo chiamato morte cellulare programmata. Anche le cellule staminali sane rotolano attraverso il dispositivo perché sono attratte dalle selectine, ma il segnale di morte non le influenza. La leucemia è un cancro del sangue, ma King si aspetta che il rivestimento antitumorale funzioni anche per i tumori solidi. I dispositivi rivestiti con questi rivestimenti potrebbero essere impiantati nei malati di cancro per prevenire o rallentare le metastasi.
King spera di testare gli impianti antitimetastasi negli animali quest'anno. Sta collaborando con Jeffrey Karp , un bioingegnere presso la divisione di scienze e tecnologie della salute di Harvard-MIT, e Robert Langer , un professore del MIT Institute, per sviluppare rivestimenti che siano stabili per mesi anziché per giorni.
Il CEO di CellTraffix Tom Fitzgerald afferma che il primo prodotto dell'azienda, un kit che consentirà ai ricercatori di catturare un gran numero di cellule staminali e cancerose in laboratorio, arriverà probabilmente sul mercato all'inizio del prossimo anno. L'azienda spera di iniziare i test clinici sui rivestimenti antitumorali entro l'inizio del 2010.