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(duì)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(jí)外泌體比自然殺傷細(xì)胞（或簡(jiǎn)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(duì)來自五名非小細(xì)胞肺癌患者血液樣本的概念驗(yàn)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(duì)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。 ?！霸谶@種情況下，我們想加深對(duì)NK外泌體的了解，并嘗試發(fā)揮其殺癌潛力?！?/span>

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(cè)癌癥的潛力。

“但是，基于NK細(xì)胞的療法的一個(gè)主要瓶頸是，將NK細(xì)胞注射入患者體內(nèi)后，它們不擅長(zhǎng)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?！?/span>

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(shì)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(diǎn)在于能夠?qū)K細(xì)胞捕獲在微流控芯片上，將它們?cè)谛酒戏跤欢味虝r(shí)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(shí)，該團(tuán)隊(duì)使用了一種稱為L(zhǎng)abyrinth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(píng)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(gè)健康對(duì)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?！拔覀冞€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?！?/span>

其他實(shí)驗(yàn)表明，源自患者樣品的NK外泌體確實(shí)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(xiàng)研究時(shí)，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?！盎蛘?，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(cè)定方法來評(píng)估外泌體殺死癌細(xì)胞的能力-要成功使用此方法，必須對(duì)許多組件進(jìn)行優(yōu)化，每個(gè)組件一個(gè)提出了自己的挑戰(zhàn)?！?/span>

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(duì)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(yàn)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(gè)UM校園暫時(shí)關(guān)閉實(shí)驗(yàn)室。研究人員計(jì)劃繼續(xù)使用更多的患者樣品進(jìn)行這項(xiàng)工作。他們還與合作者合作，在癌癥小鼠模型中測(cè)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(píng)估循環(huán)中的腫瘤細(xì)胞。

針對(duì)免疫檢查點(diǎn)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?！皢为?dú)或與免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合使用NK細(xì)胞進(jìn)行的初步研究?jī)H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?！?/span>

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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