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May 10, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 3213 (2023) Citar este artigo

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Células tumorais circulantes (CTCs) são células cancerígenas escassas que raramente se espalham de tumores primários ou metastáticos dentro da corrente sanguínea do paciente. A determinação das características genéticas dessas células paranormais fornece dados significativos para orientar o estadiamento e o tratamento do câncer. A focalização celular usando chips microfluídicos foi implementada como um método eficaz para enriquecer CTCs. As distintas posições de equilíbrio de partículas com diferentes diâmetros ao longo da largura do microcanal na simulação mostraram que era possível isolar e concentrar células de câncer de mama (BCCs) de WBCs em um número de Reynolds moderado. Portanto, demonstramos o isolamento de alto rendimento de BCCs usando um método microfluídico passivo, baseado em tamanho e sem rótulo baseado em forças hidrodinâmicas por um dispositivo microfluídico espiral não convencional (combinação de loops longos e U-turn) para isolar CTCs e WBCs com alta eficiência e pureza (mais de 90%) a uma taxa de fluxo de cerca de 1,7 mL/min, que tem um alto rendimento em comparação com os similares. Nesta taxa de fluxo de ouro, até 92% das CTCs foram separadas da suspensão celular. Seu tempo de processamento rápido, simplicidade e capacidade potencial de coletar CTCs de grandes volumes de sangue do paciente permitem o uso prático desse método em muitas aplicações.

O câncer é reconhecido como a segunda principal causa de morte no mundo. Estima-se que o número de mortes relacionadas ao câncer chegará a 13 milhões até 2030. A Organização Mundial da Saúde (OMS) acredita que pelo menos 30% dessas mortes podem ser evitadas se os pacientes forem diagnosticados e tratados antes que ocorra a metástase do câncer. As metástases de câncer ocorrem depois que as células tumorais circulantes (CTCs) se espalharam para a corrente sanguínea periférica a partir de locais tumorais primários ou secundários1. É improvável que os tumores primários causem mortes, mas as células metastáticas eventualmente representam 90% de todas as mortes, enquanto 0,01% levam à metástase e a maioria das CTCs morre na corrente sanguínea2. Devido a uma mutação, os tumores primários podem ter informações genômicas diferentes em comparação com as CTCs metastáticas. Oncologistas compararam CTCs e tumores primários e descobriram que as CTCs eram mais informativas do que os tumores primários. As CTCs foram descobertas há cerca de meio século, mas sua importância na biologia do câncer só recentemente se tornou aparente. Esse atraso é atribuído principalmente à dificuldade de isolar as CTCs (que ocorrem em uma taxa de ~ 1–100 em ~ 1.000–5.000 leucócitos no sangue dos pacientes)3,4,5.

Há grande motivação para uma técnica de isolamento que permita a separação rápida e eficiente das CTCs6. As estratégias diagnósticas comuns para tumores primários dependem da análise dos sintomas clínicos e das técnicas de imagem. Esses métodos podem ser usados ​​quando o tumor atingiu um tamanho definido, e não podem ser usados ​​para detectar a existência do tumor em seus estágios iniciais7,8. Como as células cancerígenas derivadas de tumores sólidos primários são maiores que as células sanguíneas, os pesquisadores mudaram suas abordagens de tecnologias baseadas em afinidade para separação baseada em tamanho. Devido a essa alteração, eles podem identificar pacientes com câncer em estágios iniciais com mais facilidade9. Os métodos microfluídicos têm sido destacados como ferramentas eficientes e poderosas para o foco celular de alto rendimento por tamanho10,11. As separações microfluídicas são classificadas em duas categorias, dependendo do consumo de energia. Os métodos passivos usam principalmente forças hidrodinâmicas, enquanto os métodos ativos requerem forças externas ou controlador para separar as células12. Métodos ativos fornecem separação mais precisa, mas possuem componentes caros e complexos e menor rendimento; é necessário mais tempo para que as forças externas atuem sobre as partículas e superem as forças hidrodinâmicas13,14.

Ao contrário dos métodos microfluídicos convencionais, onde a inércia é insignificante devido a um número de Reynolds muito baixo (Re ≪ 1), a microfluídica inercial está na faixa de números de Reynolds moderados (1 < Re < 100). Nesta faixa, a inércia e a viscosidade do fluido são finitas e produzem efeitos interessantes, incluindo (i) migração inercial e (ii) fluxo secundário15,16. A microfluídica inercial em padrões retos, serpentinos e especialmente espirais é um dos métodos mais atraentes de separação baseada em tamanho. Devido ao seu alto rendimento, simplicidade e baixo custo, a microfluídica inercial é um candidato promissor em uma ampla gama de aplicações biomédicas17,18. Seo et al. realizou a separação de partículas pela primeira vez usando um microcanal espiral em 2006. Então, em 2008, Papautsky et al. usou este método para separar partículas de 1,9 um de partículas de 7,32 um19. Em 2009, Dicarlo et al. mostraram que essa separação se deve ao equilíbrio entre as forças de sustentação e arrasto em um microcanal espiral curvilíneo20. Desde 2010, muitos esforços têm sido feitos para aumentar a eficiência e o rendimento desses métodos usando plataformas simples e de baixo custo21,22.