科学家通过新型抗癌方法使用微流控芯片“种养”天然杀伤细胞

NK-GO微流控芯片

工程师和肿瘤学家合作开发了一种微流控芯片，该芯片能够捕获人体的自然杀手免疫细胞，以收集杀死癌症的外泌体。

密西根大学罗杰尔癌症中心和密西根大学工程学院的研究人员在新兴疗法有望部署人体的“自然杀手”免疫细胞对抗癌症的基础上，迈出了一步。

他们已经开发出被认为是捕捉天然杀伤细胞并使它们释放称为外泌体的杀死癌症的数据包的第一种系统方法。这些纳米级外泌体比自然杀伤细胞（或简称NK细胞）小数千倍，因此能够更好地穿透癌细胞的防御系统。

对来自五名非小细胞肺癌患者血液样本的概念验证研究表明，该方法能够在微流控芯片上捕获自然杀伤细胞，并将其用于“培养” NK外泌体。

根据《先进科学》上发表的发现，由UM工程师和肿瘤学家组成的多学科团队进一步证明，外泌体可以有效杀死细胞培养物中的循环肿瘤细胞。

“外泌体是蛋白质和其他分子的小囊，几乎由体内的每种类型的细胞自然释放，”化学工程研究员，该研究的共同作者Yoon-Tae Kang博士说。 。“在这种情况下，我们想加深对NK外泌体的了解，并尝试发挥其杀癌潜力。”

与NK细胞相比，NK外泌体更稳定，更易于修饰用于治疗目的。研究指出，该系统还具有帮助诊断和监测癌症的潜力。

“但是，基于NK细胞的疗法的一个主要瓶颈是，将NK细胞注射入患者体内后，它们不擅长渗透到肿瘤微环境中，”研究的共同作者之一提醒道，“ NK细胞衍生的外泌体包含相同的杀死癌症的分子，但它们小得多并且能够更好地渗透到肿瘤中。”

Sunitha Nagrath说：虽然先前的少数研究已经研究了NK外泌体杀死癌细胞的能力，但是还没有一种系统的方法来捕获患者来源的NK细胞并使用它们来生成NK外泌体。

她说：“外泌体的优势在于它们是有机的，是您体内固有的。” “我们不必制造它们。该方法的优点在于能够将NK细胞捕获在微流控芯片上，将它们在芯片上孵育一段短时间，然后收集由细胞释放的外泌体。”

NK外泌体收获系统结合了三种技术。首先，研究人员在UM开发的氧化石墨烯微流体芯片上捕获了NK细胞。然后将细胞孵育，促使它们释放外来体。外泌体被微小的磁珠（称为ExoBeads）捕获，它们被外泌体特异性抗体包裹。将珠子从芯片上除去，并使用不同的方法将NK外泌体与它们分离。同时，该团队使用了一种称为Labyrinth的液体活检系统，该系统也是由UM开发的，用于从患者血液样本中分离循环肿瘤细胞，以评估NK细胞与外泌体以及循环肿瘤细胞之间的相关性。

这些早期研究工作检查了来自五名肺癌患者和两个健康对照组的样本。

“我们发现样品中存在的NK细胞越多，循环中的肿瘤细胞就越少，” Niu说。“我们还发现样本中的肿瘤细胞越多，NK外泌体的存在就越多-这表明癌症的存在正在刺激NK细胞产生抗癌外泌体。”

其他实验表明，源自患者样品的NK外泌体确实能够杀死细胞培养物中循环的肿瘤细胞。

循环中的肿瘤细胞是已经脱离原发性肿瘤并开始通过血流的细胞。然后这些可以通过称为转移的过程在人体其他部位播种新的癌症。

“当我们刚开始这项研究时，我们不确定我们是否能够使用芯片和ExoBeads来产生和收获NK外泌体，” Nagrath说。“或者，如果我们能够足够有效地收集它们以用于潜在的治疗用途。NK细胞捕获过程，从珠子中分离NK外泌体，创建测定方法来评估外泌体杀死癌细胞的能力-要成功使用此方法，必须对许多组件进行优化，每个组件一个提出了自己的挑战。”

研究人员指出，外来体还具有被进一步工程化和优化以更有效地对抗癌细胞的良好潜力。

后续研究人员需要进一步的验证和工作，才能将该技术开发成潜在的未来临床用途。

由于COVID-19大流行的紧急情况，该研究中包括的患者样本数量受到限制，这导致整个UM校园暂时关闭实验室。研究人员计划继续使用更多的患者样品进行这项工作。他们还与合作者合作，在癌症小鼠模型中测试外泌体在体内抗肿瘤的功效。

关于使用该技术从血液中捕获免疫细胞以为医生提供有关患者癌症的其他信息的其他工作正在进行中。这与大多数液体活检技术不同，后者专注于捕获和评估循环中的肿瘤细胞。

针对免疫检查点的免疫疗法已彻底改变了几种癌症的癌症治疗方法。然而，只有极少数的患者表现出持久的临床益处和治愈效果。”密歇根医学大学肿瘤学家兼内科学教授MBBS的合著者Nithya Ramnath说。“单独或与免疫检查点抑制剂联合使用NK细胞进行的初步研究仅显示了适度的结果。另一方面，NK衍生的外泌体能够更有效地进入肿瘤。目前的论文代表了不仅可以收集NK细胞，而且还可以收集NK衍生的外泌体的技术进步，可以帮助将来的免疫治疗方法提供信息。”

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

文章来源：

https://scitechdaily.com/scientists-farm-natural-killer-cells-using-a-microfluidic-chip-in-novel-cancer-fighting-approach/

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