Nuevo chip de nanotubos de carbono para capturar y liberar células cancerosas

Nuevo chip de nanotubos de carbono para capturar y liberar células cancerosas


Aunque los avances en las tecnologías de microfluidos han acelerado el análisis de las células tumorales circulantes (CTC), la liberación de las células viables capturadas sigue siendo un desafío.

Nuevo y prometedor chip de nanotubos de carbono para detectar y liberar células cancerosas​​​​​​

​​​​​​Estudio: chip de microfluidos sensible al pH en lámina de nanotubos de carbono para la captura y liberación eficiente de células cancerosas. Crédito de la foto: Crystal Light/Shutterstock.com

En un artículo reciente publicado en la revista ACS Applied Nano Materials, los autores fabricaron un chip CNT (nanotubos de carbono, CNT) microfluídico, de vidrio/polidimetilsiloxano (PDMS) basado en microfluidos y sensible al pH que captura de manera eficiente las células cancerosas en la muestra de sangre de un paciente o puede liberar.

CTC y sus estrategias de liberación

Las CTC se desprenden de lesiones metastásicas o de tumores primarios que circulan en el torrente sanguíneo. Se pueden usar potencialmente en biopsias líquidas para detectar cáncer, obtener información genética sobre tumores primarios y seleccionar un objetivo terapéutico apropiado.

Las tecnologías de microfluidos son herramientas prácticas desarrolladas para el aislamiento de CTC del torrente sanguíneo a través de su proceso de captura, que puede ser una técnica física que explote las propiedades biofísicas de las CTC o un método basado en la afinidad que involucre la captura inmune de las CTC a través de antígenos específicos de CTC y un proceso de liberación. .

Sin embargo, a pesar de la alta selectividad del enfoque basado en la afinidad para las CTC, su liberación del dispositivo para el posterior perfilado es un desafío. Aunque la incorporación de materiales inteligentes en los dispositivos de inmunocaptura facilitó la liberación de CTC, estos procesos requirieron temperaturas más bajas o estimulación eléctrica, que son perjudiciales para las células, y la incorporación de sustratos sensibles a la luz para liberar CTC provocó daños en el ADN de las células. Por lo tanto, existe la necesidad de una estrategia de liberación robusta que asegure simultáneamente la viabilidad celular.

Chip microfluídico basado en película CNT sensible al pH

En el presente estudio, los autores fabricaron un chip microfluídico basado en película CNT sensible al pH para capturar y liberar de manera eficiente el complejo de moléculas de adhesión de células epiteliales (EpCAM) y CTC positivas, que es útil para la evaluación clínica y la predicción terapéutica en el campo de la oncología es.

El chip constaba de un portaobjetos de vidrio recubierto de CNT en la parte inferior funcionalizado con una poli-L-lisina (PLL) sensible al pH vinculada a EpCAM y una tapa de PDMS con microcanales en forma de espiga en la parte superior.

Los anticuerpos anti-EpCAM ligados a PLL capturan CTC. Los microcanales en espiga en PDMS mejoran aún más el proceso de adquisición. Un cambio de pH posterior puede realizar la liberación de CTC sin afectar a las células. Este dispositivo de un solo uso es biocompatible, alto en aminoácidos y tiene un área específica alta.

Caracterización y evaluación del rendimiento de chips CNT

Las imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) de la película de CNT así preparada revelaron una red porosa de CNT similar a una telaraña. Los espectros infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) de biotina-PLL mostraron picos característicos a 1547 y 1079 centímetros inversos, correspondientes al estiramiento de amida y cianuro (CN). Los picos a 2923 y 2853 centímetros corresponden inversamente al estiramiento asimétrico y simétrico del metilo (CH2) en la CNT. Además, los picos a 1731 y 1655 centímetros corresponden inversamente al tramo carbonilo (C=O) del grupo carboxilo y al tramo alqueno (C=C), respectivamente.

Los espectros Raman de la película CNT mostraron un modo de respiración radial (RBM), lo que indica la presencia de nanotubos de pared simple. Además, un cambio hacia arriba en las bandas de RBM con la adición de biotina-PLL se debió a una disminución en la densidad de electrones. Las intensidades más bajas de las bandas RBM y G de biotina-PLL-CNT en comparación con CNT sugieren la presencia de una interacción catión-π entre el grupo amina de biotina-PLL y los electrones π de CNT.

La espectroscopia ultravioleta-Vis (UV-Vis) realizada en biotina-PLL-CNT y los espectros revelaron la presencia de dos picos de absorción a 195,5 y 269 nanómetros, que también están presentes en los espectros de biotina-PLL y CNT puros. El cambio batocrómico de 265,5 a 269 nanómetros reveló la conjugación entre los grupos amino de la biotina-PLL y los electrones π.

Los estudios de espectroscopia de CD revelaron la influencia del pH en la estructura de la biotina-PLL. Los espectros de CD mostraron un pico máximo y mínimo a 217 y 197 nanómetros, respectivamente, a un pH inferior a 9,6, lo que indica una estructura de espiral aleatoria. Además, a un pH superior a 9,6, un pico máximo a 196 nanómetros y un mínimo doble a 208 y 221 nanómetros revelaron la estructura de hélice α de la biotina-PLL. Por lo tanto, un aumento en la fluctuación del pH condujo a un cambio estructural en la biotina-PLL.

La cuantificación de la eficiencia de captura del chip CNT para cuatro diseños en espiga: simétrico desplazado, simétrico/asimétrico en línea y un diseño de control sin espiga mostró el mejor rendimiento del diseño de simetría escalonada en PBS y medios sanguíneos. Un análisis más detallado de los patrones aerodinámicos reveló microvórtices consistentes en un diseño de simetría escalonada. Por lo tanto, el diseño de simetría escalonada en espiga mostró la mejor detección.

El chip CNT se puede modificar en una plataforma de microfluidos para detectar CTC de forma electroquímica y fluorescente. Por ejemplo, el uso de electrodos de óxido de indio y estaño (ITO) puede mantener la transparencia óptica y la capacidad de liberar los CTC atrapados con un pH creciente.

Conclusión

En resumen, los autores fabricaron un nuevo chip CNT que captura de manera eficiente las células cancerosas y las libera sin afectarlas cuando se cambia el pH. Además, la integración de la nanoestructura CNT con funcionalización PLL y cobertura de espiga PDMS en un dispositivo microfluídico aumentó su sensibilidad. Los autores también demostraron que al cambiar el pH, la PLL conjugada con anticuerpos experimentó un cambio conformacional que desencadenó la liberación celular.

referencia

Neoh KH, Cheng SKS, Wu H, Chen A, Sun Y, Li B, Cao A y Han RP (2022) Chip microfluídico basado en película de nanotubos de carbono sensible al pH para la captura y liberación eficientes de células cancerosas. Nanomateriales aplicados ACS. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.2c00912

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