NK-GO微流控芯片

工程師和腫瘤學家合作開發了一種微流控芯片，該芯片能夠捕獲人體的自然殺手免疫細胞，以收集殺死癌癥的外泌體。

密西根大學羅杰爾癌癥中心和密西根大學工程學院的研究人員在新興療法有望部署人體的“自然殺手”免疫細胞對抗癌癥的基礎上，邁出了一步。

他們已經開發出被認為是捕捉天然殺傷細胞并使它們釋放稱為外泌體的殺死癌癥的數據包的第一種系統方法。這些納米級外泌體比自然殺傷細胞（或簡稱NK細胞）小數千倍，因此能夠更好地穿透癌細胞的防御系統。

對來自五名非小細胞肺癌患者血液樣本的概念驗證研究表明，該方法能夠在微流控芯片上捕獲自然殺傷細胞，并將其用于“培養” NK外泌體。

根據《先進科學》上發表的發現，由UM工程師和腫瘤學家組成的多學科團隊進一步證明，外泌體可以有效殺死細胞培養物中的循環腫瘤細胞。

“外泌體是蛋白質和其他分子的小囊，幾乎由體內的每種類型的細胞自然釋放，”化學工程研究員，該研究的共同作者Yoon-Tae Kang博士說。 。“在這種情況下，我們想加深對NK外泌體的了解，并嘗試發揮其殺癌潛力。”

與NK細胞相比，NK外泌體更穩定，更易于修飾用于治療目的。研究指出，該系統還具有幫助診斷和監測癌癥的潛力。

“但是，基于NK細胞的療法的一個主要瓶頸是，將NK細胞注射入患者體內后，它們不擅長滲透到腫瘤微環境中，”研究的共同作者之一提醒道，“ NK細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。”

Sunitha Nagrath說：雖然先前的少數研究已經研究了NK外泌體殺死癌細胞的能力，但是還沒有一種系統的方法來捕獲患者來源的NK細胞并使用它們來生成NK外泌體。

她說：“外泌體的優勢在于它們是有機的，是您體內固有的。” “我們不必制造它們。該方法的優點在于能夠將NK細胞捕獲在微流控芯片上，將它們在芯片上孵育一段短時間，然后收集由細胞釋放的外泌體。”

NK外泌體收獲系統結合了三種技術。首先，研究人員在UM開發的氧化石墨烯微流體芯片上捕獲了NK細胞。然后將細胞孵育，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，該團隊使用了一種稱為Labyrinth的液體活檢系統，該系統也是由UM開發的，用于從患者血液樣本中分離循環腫瘤細胞，以評估NK細胞與外泌體以及循環腫瘤細胞之間的相關性。

這些早期研究工作檢查了來自五名肺癌患者和兩個健康對照組的樣本。

“我們發現樣品中存在的NK細胞越多，循環中的腫瘤細胞就越少，” Niu說。“我們還發現樣本中的腫瘤細胞越多，NK外泌體的存在就越多-這表明癌癥的存在正在刺激NK細胞產生抗癌外泌體。”

其他實驗表明，源自患者樣品的NK外泌體確實能夠殺死細胞培養物中循環的腫瘤細胞。

循環中的腫瘤細胞是已經脫離原發性腫瘤并開始通過血流的細胞。然后這些可以通過稱為轉移的過程在人體其他部位播種新的癌癥。

“當我們剛開始這項研究時，我們不確定我們是否能夠使用芯片和ExoBeads來產生和收獲NK外泌體，” Nagrath說。“或者，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細胞捕獲過程，從珠子中分離NK外泌體，創建測定方法來評估外泌體殺死癌細胞的能力-要成功使用此方法，必須對許多組件進行優化，每個組件一個提出了自己的挑戰。”

研究人員指出，外來體還具有被進一步工程化和優化以更有效地對抗癌細胞的良好潛力。

后續研究人員需要進一步的驗證和工作，才能將該技術開發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量受到限制，這導致整個UM校園暫時關閉實驗室。研究人員計劃繼續使用更多的患者樣品進行這項工作。他們還與合作者合作，在癌癥小鼠模型中測試外泌體在體內抗腫瘤的功效。

關于使用該技術從血液中捕獲免疫細胞以為醫生提供有關患者癌癥的其他信息的其他工作正在進行中。這與大多數液體活檢技術不同，后者專注于捕獲和評估循環中的腫瘤細胞。

針對免疫檢查點的免疫療法已徹底改變了幾種癌癥的癌癥治療方法。然而，只有極少數的患者表現出持久的臨床益處和治愈效果。”密歇根醫學大學腫瘤學家兼內科學教授MBBS的合著者Nithya Ramnath說。“單獨或與免疫檢查點抑制劑聯合使用NK細胞進行的初步研究僅顯示了適度的結果。另一方面，NK衍生的外泌體能夠更有效地進入腫瘤。目前的論文代表了不僅可以收集NK細胞，而且還可以收集NK衍生的外泌體的技術進步，可以幫助將來的免疫治療方法提供信息。”

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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