211service.com
Plockar ut celler ur blodomloppet
Bioingenjörer har utvecklat en implanterbar enhet som fångar mycket rena prover av stamceller som cirkulerar i blodet. Enheten, en längd av plastslang belagd med proteiner, kan leda till bättre benmärgstransplantationer och stamcellsterapier, och den visar också lovande som ett sätt att fånga och omprogrammera cancerceller som strövar omkring i blodomloppet. Företaget CellTraffix kommersialiserar tekniken.
Cellfångare: University of Rochester bioingenjör Michael King håller upp en sektion av plastmikrorör fodrade med proteiner som fångar cancer och stamceller.
När patienter får benmärgstransplantationer är det de verkligen får infusioner av en typ av vuxen stamcell. Benmärgsstamceller spelar en avgörande roll för att förnya blodet under hela vuxen ålder, vilket skapar nya celler för att transportera syre och bekämpa infektioner. Dessa vuxna stamceller kan provtas med den nya enheten.
Den nya enheten efterliknar ett litet blodkärl: det är ett plaströr på några hundra mikrometer i diameter som är belagt med proteiner som kallas selectiner. Syftet med selektiner i kroppen verkar vara att bromsa ett fåtal typer av celler så att de kan ta emot andra kemiska signaler. En vit blodkropp kan till exempel bli instruerad att lämna cirkulationen och gå in i ett sår, där den skulle skydda mot infektion. Selectiner får [vissa] celler att fastna och sakta ner, säger Michael King , en kemiingenjör vid University of Rochester som utvecklar cellinfångningsanordningarna. Olika typer av selektiner associeras med olika typer av celler, inklusive blodplättar, benmärgshärledda stamceller och immunceller som vita blodkroppar.
I en kommande publikation i British Journal of Hematology , rapporterar King att selectin-belagda mikrorör implanterade i råttor kan fånga mycket rena prover av aktiva stamceller från cirkulerande blod. Han gav en liknande demonstration av stamcellsrening med prover tagna från mänsklig benmärg förra året. Cancerpatienter kräver ofta benmärgstransplantationer efter hårda kemoterapi- och strålbehandlingar som dödar vuxna stamceller i blodet.
Multimedia
Se Michael Kings nya enhet i aktion.
Renheten hos dessa transplantationer kan vara en fråga om liv eller död. När transplantationen härrör från patientens egen benmärg – extraherad före behandling – är det viktigt att det inte innehåller några cancerceller. När det kommer från en annan person finns det en chans att donatorns immunceller attackerar mottagaren om de inte filtreras bort. Men nuvarande reningsmetoder är långsamma och ineffektiva, säger King. De som förlitar sig på antikroppsigenkänning eller cellstorlek och form extraherar vanligtvis endast en liten del av stamcellerna i ett blodprov; resten går till spillo.
Tjugoåtta procent av cellerna som fångades av Kings implantat var stamceller. Detta är häpnadsväckande med tanke på hur sällsynta de är i blodomloppet, säger King. Implantat skulle förmodligen inte kunna fånga upp tillräckligt med stamceller för transplantation. Men King tror att filtrering av en givares blod genom en lång sträcka av selectin-belagda slangar utanför kroppen, i en process som liknar dialys, skulle vara mycket effektiv. Denna teknik kommer helt klart att vara användbar utanför kroppen som ett sätt att rena benmärgshärledda stamceller, säger Daniel hammare , ordförande för bioteknik vid University of Pennsylvania.
Hammer tror att Kings enheter också kommer att ha bredare tillämpningar som implantat som tjänar till att mobilisera en persons egna stamceller för att regenerera skadade vävnader. Genom att bromsa celler med selektiner och sedan utsätta dem för andra typer av signaler, säger Hammer, kunde Kings enheter fånga stamceller, koncentrera dem och differentiera dem, utan att någonsin behöva ta ut cellerna ur kroppen. Det kan finnas ett sätt att använda selektiner för att extrahera neurala stamceller också.
Det här är en mycket bred upptäckt, säger Hammer. King säger faktiskt att han redan har haft en viss framgång med att använda selectinbeläggningar för att omprogrammera cancerceller.
Cancerceller tycks välja ut vägar för att spridas till andra delar av kroppen, den process som kallas metastaser. Tumörer släpper ut celler i blodomloppet. Vissa av dessa celler verkar gå ut med hjälp av selektiner; inkapslade i ny vävnad, etablerar de sedan nya tumörer. Dessa sekundära tumörer orsakar fler cancerdödsfall än initiala tumörer gör.
King säger att han har opublicerat arbete som visar att leukemiceller som rullar längs en beläggning av selektiner och en cancerspecifik signalmolekyl kommer att gå igenom en process som kallas programmerad celldöd. Friska stamceller rullar också över enheten eftersom de attraheras av selektinerna, men dödssignalen påverkar dem inte. Leukemi är en blodcancer, men King förväntar sig att anticancerbeläggningen också skulle fungera för solida tumörer. Enheter fodrade med dessa beläggningar kan implanteras i cancerpatienter för att förhindra eller bromsa metastasering.
King hoppas kunna testa antimetastasimplantat på djur i år. Han samarbetar med Jeffrey Karp , en bioingenjör vid Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology, och Robert Langer , en professor vid MIT-institutet, för att utveckla selectin-beläggningar som är stabila över månader snarare än dagar.
CellTraffix VD Tom Fitzgerald säger att företagets första produkt, ett kit som gör det möjligt för forskare att fånga ett stort antal stam- och cancerceller i labbet, troligen kommer att nå marknaden i början av nästa år. Företaget hoppas kunna påbörja klinisk testning av anticancerbeläggningarna i början av 2010.