Laut Weltgesundheitsorganisation starben im Jahr 2020 fast 10 Millionen Menschen an Krebs – fast jeder sechste Todesfall weltweit. Da abnormales, krankhaftes Zellwachstum oft zu spät erkannt wird, bleibt die rechtzeitige Krebsdiagnose eines der dringendsten und schwierigsten medizinischen Ziele der Menschheit. Neuere Forschungen konzentrieren sich auf den Nachweis seltener zirkulierender Tumorzellen (CTCs) im peripheren Blut, die als nichtinvasive Marker dienen und bei der Diagnose helfen können.
Es ist von Natur aus schwierig, kontrollierbare Zielzellen für die Untersuchung zu trennen. Herkömmliche Methoden erfordern in der Regel eine aufwändige Probenvorbereitung, umfangreiche Ausrüstung und große Probenvolumina – und selbst dann ist es nicht einfach, die betreffenden Zellen effizient zu trennen.
In Physics of Fluids von AIP Publishing haben zwei Forscher der KN Toosi University of Technology in Teheran, Iran, ein neuartiges System vorgeschlagen, das stehende Oberflächenschallwellen verwendet, um CTCs mit beispielloser Präzision und Effizienz von roten Blutkörperchen zu trennen. Die von Afshin Kouhkord und Naser Naserifar entwickelte Plattform integriert fortschrittliche Computermodellierung, experimentelle Analyse und künstliche Intelligenzalgorithmen, um komplexe akustofluidische Phänomene zu analysieren.
„Wir haben maschinelle Lernalgorithmen mit datengesteuerten Modellierungs- und Rechendaten kombiniert, um ein System für optimale Rückgewinnungsraten und Zelltrennungsraten zu optimieren“, sagte Naserifar. „Unser System erreicht eine Rückgewinnung von 100 % unter optimalen Bedingungen und senkt den Energieverbrauch durch die präzise Kontrolle von Schalldruck und Durchflussraten erheblich.“
Während sich verschiedene Wege zur Partikelanreicherung durch Mikrofluidik herausgebildet haben, sind jene, die auf Akustofluidik basieren, besonders vielversprechend, da sie biokompatibel sind, hohe Kräfte im MPa-Druckbereich erzeugen und Wellenlängen im Zellmaßstab produzieren.
Mit ihrer speziellen Methode verwendeten die Forscher auf innovative Weise doppelte Druckschallfelder, die die Wirkung auf die Zielzellen verdoppeln, und platzierten sie strategisch an kritischen Stellen der Kanalgeometrie auf einem Lithiumniobat-Substrat. Durch den im Mikrokanal angelegten Schalldruck ermöglicht das Systemdesign die Generierung zuverlässiger Datensätze, die Zellinteraktionszeiten und Flugbahnmuster veranschaulichen und so zur Vorhersage der Tumorzellmigration beitragen.
Credits:
Afshin Kouhkord und Naserifar Naser
