Полимерная пленка, функционализированная специфическими антителами, способная захватывать опухолевые клетки, обещает стать качественным диагностическим инструментом. Циркулирующие опухолевые клетки (ЦОК) – раковые клетки, оторвавшиеся от опухоли и циркулирующие в крови – распространяют опухолевый процесс на весь организм. Этот процесс, называемый метастазированием, очень трудно контролировать, потому что ЦОК составляют всего лишь одну миллиардную часть общего количества клеток крови.

Полимерная пленка образует наноточки –
мельчайшие выступы, которые можно функционализировать
антителами для захвата раковых клеток.
(Copyright: 2011 WILEY-VHC Verlag GmbH & Co)

Ученые из Института передовой науки (Advanced Science Institute) RIKEN, Япония, в сотрудничестве с коллегами из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles) и Института химии (Institute of Chemistry) Китайской академии наук, разработали полимерную пленку, способную захватывать определенные ЦОК. Новая система может стать полезным инструментом для диагностики прогрессирующего рака и оценки эффективности проведенного лечения.

Для осаждения проводящей полимерной пленки из поли-3,4-этилендиокситиофена (poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT), несущей карбоксильные (СООН) группы, на стеклянную основу размером 2 см² исследователи использовали небольшое электрическое напряжение (1–1.4 V). В результате этого процесса полимер образует наноточки – мельчайшие выступы размером от 100 до 300 нанометров, в зависимости от используемого напряжения.

Добавление к пленке химического линкера позволяет связать с ней белок стрептавидин, который, в свою очередь, связан со специфическим антителом. Антитело может взаимодействовать с находящимся на поверхности раковых клеток антигеном, называемым молекулой адгезии эпителиальных клеток (epithelial cell adhesion molecule, EpCAM), синтезируемым большинством опухолевых клеток. Таким образом, пленка может «отлавливать» опухолевые клетки, содержащиеся всего в нескольких миллилитрах крови.

С помощью микроскопа ученые выяснили, насколько хорошо пленки, отличающиеся как размером, так и плотностью наноточек, захватывают несколько типов опухолевых клеток. Наиболее эффективная пленка, с наноточками размером около 230 нанометров, содержащая около 8 точек на квадратный микрометр, захватывала около 240 клеток рака молочной железы на квадратный миллиметр пленки. Для сравнения, количество захваченных клеток, не экспрессирующих EpCAM – клеток рака шейки матки – составляло менее 30, что доказывает высокую селективность использованных учеными антител. Гладкая PEDOT-пленка, также функционализированная карбоксильными группами и с тем же антителом, связывала только около 50 клеток рака молочной железы.

Наноструктурированные проводящие полимерные наноточки получаются электрополимеризацией функционализированных карбоксильными
группами COOH мономеров в дихлорметане непосредственно на подложке. Они демонстрируют повышенную способность к захвату опухолевых клеток по сравнению
с гладкой поверхностью за счет синергетического эффекта захватывающих веществ и наноструктур.
(doi:10.1002/adma.201102151)

Таким образом, эффективность пленки зависит от размеров наноточек и расстояния между ними, а также от присутствия захватывающих антител. Так как эти параметры легко изменить, данный метод может быть использован для получения пленок, чувствительных и к другим типам клеток.

В ближайших планах ученых – дальнейшая оптимизация наноструктуры проводящих полимеров и более детальное изучение механизма захвата клеток. Кроме того, они работают над прибором для прямого электронного «считывания» захваченных клеток, который позволит врачам обходиться без микроскопа.

Аннотация к статье

Functionalized Conducting Polymer Nanodots for Enhanced Cell Capturing: The Synergistic Effect of Capture Agents and Nanostructures