3 d印制的微流体装置模拟癌症治疗

麻省理工学院研究人员3 - d打印一种新型微流控装置,模拟肿瘤组织活检,癌症治疗,临床医生可以更好的检查个别患者会如何应对不同的疗法——前注射一剂。

今天测试癌症治疗主要依赖试验和错误;病人可能经历多个耗时且难以接受治疗的工作。最近的创新药品开发涉及肿瘤增长的人工测试药物对特定的癌症类型。但这些模型需要数周,不要占患者个体的生物组成,从而影响治疗效果。

研究者的装置,可以印刷在大约一个小时,是一个芯片略大于四分之一,三个圆柱从表面“烟囱”。这些端口用于输入和排出液体,以及删除不需要的气泡。活检肿瘤碎片放在室连接到一个网络的渠道提供液体——包含,例如,免疫治疗药物或免疫细胞组织。临床医生可以使用各种成像技术观察组织响应的药物。

一个关键特性是使用一种新型生物相容性树脂-传统上用于牙科应用程序能够支持作活检组织的长期生存。尽管先前3-D-printed微流体方面的承诺了药物测试,化学物质的树脂通常迅速杀死细胞。研究人员拍摄荧光显微镜图像显示他们的设备,称为肿瘤分析平台(TAP),使90%以上的肿瘤组织存活了至少72小时,并有可能更长。

因为3 d印刷设备是简单和廉价的制造,它可以迅速实现进入临床,研究人员说。例如,医生们可以打印出一个多路复用装置,可以支持多个并行的肿瘤样本,使建模的肿瘤碎片和许多不同的药物之间的相互作用,同时,对于一个病人。

“人们在世界任何地方可以打印我们的设计。可以预见的未来,你的医生将会有一个3 - d打印机,可以根据需要打印设备,”研究员Luis Fernando Velasquez-Garcia表示在微系统技术实验室和合作者纸描述该设备,在12月出版的《微机电系统。“如果有人得了癌症,你可以组织我们的设备,并保持肿瘤活着,并行运行多个测试,找出最适合病人的生物组成。然后实现治疗的病人。”

一个有前途的应用程序测试免疫疗法,一种新的治疗方法使用某些药物加速病人的免疫系统,帮助其抗癌的功效。(今年的诺贝尔生理学或医学奖授予两个免疫治疗研究人员设计的药物阻止某些蛋白质阻止免疫系统攻击肿瘤细胞)。研究者的设备可以帮助医生更好地识别个体的响应可能是治疗。

“免疫疗法治疗已经专门开发目标表面的分子标记发现癌细胞。这有助于确保治疗直接抒发攻击癌症同时限制的负面影响健康的组织。然而,每一个人的癌症表达一系列独特的表面分子,因此,很难预测谁会治疗反应。我们的设备使用的实际组织的人,所以非常适合免疫疗法,”第一作者说阿什利Beckwith SM Velasquez-Garcia 18岁,研究生研究员的研究小组。

支持细胞

通过micromolding传统微流体设备制造,使用橡皮状的物质称为聚二甲硅氧烷(PDMS)。然而,这种技术不适合创建三维网络的特性——比如仔细大小的流体通道——模仿活细胞上的癌症治疗。相反,研究人员转向三维印刷工艺英俊设备“单”——这意味着印刷一个对象,而不需要组装独立的部分。

设备的核心是它的树脂。尝试许多树脂在几个月后,研究人员终于降落在Pro3dure GR-10,主要是用来制造护齿套,防止磨牙。这种材料几乎透明如玻璃,几乎没有任何表面缺陷,可以在高分辨率印刷。,重要的是,研究人员确定,它不产生负面影响细胞的生存。

团队的树脂进行了96小时的细胞毒性试验、化验,暴露了印刷材料细胞毒性和措施,材料是细胞。96小时后,细胞在材料仍踢。“当你打印一些其他树脂材料,它们发出的化学物质干扰细胞并杀死他们。但这并不这样做,”Velasquez-Garcia说。”我所知,没有其他的可打印的材料,来接近这个程度的惰性。就好像没有的材料。”

设置陷阱

两个其他关键设备上的创新是“泡沫陷阱”和“肿瘤陷阱。“液体流入这种装置创造了泡沫,可以破坏实验或破裂,释放空气,破坏肿瘤组织。

为了解决这个问题,研究人员创建了一个泡沫的陷阱,一个粗壮的“烟囱”从空气的流体通道成螺纹端口逃跑了。流体(包括各种媒体、荧光标记或淋巴细胞——被注入一个进气口附近的陷阱。流体通过进气口进入,流经陷阱,在任何泡沫流体上升通过螺纹端口的设备。流体然后路由在一个小转变成肿瘤的房间,它流经周围肿瘤片段。

这tumor-trapping室坐在十字路口较大的进气通道和四个较小的出口渠道。肿瘤碎片,直径小于1毫米,通过泡沫注入进气道的陷阱,这有助于消除泡沫装船时介绍。作为流体流经设备从进气口,肿瘤是引导下游肿瘤陷阱,片段被抓。流体沿出口渠道继续旅行,肿瘤适合太小,和排水装置。连续流的液体使肿瘤碎片,不断补充营养的细胞。

”,因为我们的设备是3 d印刷,我们能够使我们想要的几何图形,在我们想要的材料,性能达到我们想要的,而不是妥协之间的目的是什么,可以实现——这通常发生在使用标准的精密加工,“Velasquez-Garcia说。他补充说,3 d印刷可能很快成为主流生产工艺对微流体和其他微系统,需要复杂的设计。

在这个实验中,研究人员发现他们可以让肿瘤碎片活着和实时监控组织可行性与荧光标记,使组织发光。接下来,研究人员旨在测试肿瘤碎片如何应对真正的治疗。

“传统的PDMS不能让这种体外环境所需要的结构,可以使肿瘤碎片存活相当一段时间,”罗杰·豪说,斯坦福大学的电子工程教授,他并没有参与这项研究。“那你现在可以非常复杂的射流室,将允许更现实的环境,用于测试各种药物对肿瘤迅速,并可能在临床的设置,是一个重大贡献。”

豪也称赞研究者可以更好的找到合适的树脂和设计的为他人。“应该赞扬他们,把这些信息…因为(以前)没有的知识是否有材料或印刷技术使这一切成为可能,”他说。“这是一个民主化的技术。”

这篇文章被转载材料所提供的麻省理工学院。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。