研究人员提前药物测试的艺术

研究人员正在研究细胞的行为更多地了解细胞如何互相发送信号。细胞是如何影响血液的流动?他们怎么能在体外研究?

集团希望解决的问题是许多癌症患者所面临的挑战:怎样才能使药物杀死癌细胞而不损害健康细胞和组织附近吗?

研究人员表示三个学科。耶鲁大学,机械工程助理教授和力学,研究界面现象发生在微观和纳米级的生物系统。

教授琳达Lowe-Krentz生物科学,是细胞生物学家研究血管和细胞发生的变化,以应对血液流动。

物理学教授,丹尼尔Ou-Yang开发了使用显微镜和激光的新方法,包括“光学镊子,”研究细胞在纳米尺度上的活动。

研究人员和学生发展的方法测试抗癌药物与通道模拟芯片蚀刻分支的人类肺毛细血管和涂以人类内皮细胞或血管,。

除了学习如何目标药物选择性地在癌细胞,他们希望降低药物测试的成本以及时间运行它们。

该项目一直支持通过一年多的生物系统动力学夏季研究所,这是由霍华德休斯医学研究所。该集团最近收到了三年由美国国立卫生研究院。

另一个侵入性治疗

刘说,当前癌症治疗可能非常麻烦。大多数化疗,例如,驱散一个抗癌药物进入血液,它破坏了癌和非癌变组织和细胞。

标准的药物检测方法也有缺点,Lowe-Krentz说。完成一些测试在静态环境下的细胞和文化,不模仿整个有机体的行为。执行其他动物:这是昂贵,其结果可能是不可靠的,因为药物对动物的影响不同于它对人类的影响。

刘说,对芯片进行测试,研究人员可以近似环境药物接触人体内部环境和跟踪它的命运。芯片是cheap-each成本不到1美元,并可以同时运行多个测试一系列的芯片。大小是另一个优势。在测试中,小芯片使用只有十分之一的所需的药品和组织更多的传统测试方法。

“芯片使我们增长自己的人类细胞,观察药物对他们的影响自然环境,”刘说。“这将有可能更快的做检查,缩短研究周期。”

刘和他的学生已经开始制作矩形芯片从聚合物材料中用作密封剂的太阳能嵌板。使用计算机辅助设计,他们将蚀刻片的模式类似于肺的分支几何与渠道宽度从动脉(约1厘米)微小的毛细血管(10微米)。

团队也将工程师芯片,它延伸像呼吸的肺。计算机控制的注射器将控制药物的速度注入芯片涂层。这个流量影响细胞健康和细胞信号。

综上所述,刘说,芯片设计、弹性材料和注射器使芯片实现一个可靠的模仿人类呼吸和血液流动模式。

“这将给我们一个更接近实际的临床研究的结果,”他说。

“欺骗”细胞所需的行为

下一个挑战是诱导人类内皮细胞(线内表面的血液和淋巴管)坚持,和成长,芯片的通道。

“日益增长的细胞被称为一门科学和艺术,“Lowe-Krentz说。“随着血管的发展,单个细胞移动,紧随其后的是其他细胞。如果太多的细胞,它们可以阻塞新的分支机构;如果没有足够的遵循,细胞不覆盖表面的通道。”

刘和Lowe-Krentz的研究生和本科生解决这个任务通过里海的夏天生物系统动力学研究所。

“我们不得不欺骗细胞像我们希望他们仍然有正常的特点,“Lowe-Krentz说。

当芯片涂有内皮细胞,研究人员将与化学治疗细胞,细胞类似于癌症。然后他们会与血液注入设备解决方案包含纳米粒子将药物,抗体和荧光标记。

一种蛋白质,抗体将作为目标代理,导致纳米颗粒将只绑定到这些细胞表达的受体,或标记,癌细胞表达。在绑定时,粒子将释放他们携带的药品。

跟踪无数微小的动作

荧光标记将使研究人员使用扫描激光共焦显微镜,观察和追踪纳米颗粒及其与细胞的相互作用。Ou-Yang说,成像技术,利用光学、激光和计算机获得3 d整个标本的照片,从上到下。

“共焦显微镜工作几乎像核磁共振Ou-Yang说。“我们扫描一个平面,照亮每一个感兴趣的点,点,点,然后推进到下一个单,重复这个过程。计算机然后再生这些图像到一个3 d复合。

“我们可以测量纳米颗粒的分布在微流控芯片的通道。因为粒子的移动,我们做一个时间的平均运动频道看到的粒子会和附加的地方。”

共焦显微镜也将使集团量化的百分比,因此纳米粒子结合类似癌症细胞测量粒子的发现他们的目标的成功。团队还可以关联绑定有效性与涂层不同大小的粒子尺寸不同的荧光标记。

在未来,刘说,研究人员希望与多层次的外套芯片细胞与多孔膜。这将使他们能够研究癌细胞转移并在血管移植。