Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

MoleculAr harvesTing with electroporation, microfluidics and nanoparticles for dIagnoSticS and thErapy of heterogeneous solid tumours

Alternativ tittel: Molekylisolering med elektroporering, mikrofluidikk og nanopartikler for diagnose og behandling av heterogene solide tumorer

Tildelt: kr 3,0 mill.

En stor utfordring innen kreftbehandling er at kreftsvulster ofte består av områder med svært ulike egenskaper. De ulike områdene reagerer ulikt på samme behandling. Diagnose og valg av behandlingsregime er ofte basert på resultater fra biopsiprøver - små vevsprøver som tas fra kreftsvulsten. Hvis en kreftsvulst har områder med egenskaper som er veldig forskjellige fra vevsprøvene som er grunnlaget for diagnosen, er det stor sannsynlighet for at den valgte behandlingen ikke tilintetgjør hele kreftsvulsten. Prosjektet MATISSE har som mål å kombinere flere elementer innen nanoteknologi for a lage et nytt diagnostisk verktøy som analyserer flere områder fra samme kreftsvulst, og dermed gir bedre grunnlag for å velge riktig behandlingsregime og tilintetgjøre hele kreftsvulsten. Dette vil gjøres ved å utvikle en nål som kan settes inn i vevet og ekstrahere molekylært innhold fra kreftcellene. En slik tilnærming vil potensielt eliminere behovet for komplekse prosedyrer for uttak av vevsprøver og tillate analyse av mange områder fra samme kreftsvulst. Inne i nålen vil molekylært innhold fra kreftcellene ekstraheres ved en metode som kalles elektroporering. Under elektroporering dannes det porer i cellemembranene ved at man setter på et elektrisk felt, noe som gjør at molekyler fra cellenes innside slipper ut. Dette innholdet trekkes så ut av vevet gjennom nålen og overføres til en sentrifugal mikrofluidikk-skive som separerer ut de relevante biomolekylene, kalt proteiner og RNA, fra resten av prøven. Den sentrifugale mikrofluidikk-skiva kan analysere flere prøver samtidig og gjør dermed diagnoseprosessen raskere. Basert på diagnosen som settes vil overflaten til såkalte terapeutiske nanopartikler bli modifisert slik at de binder spesifikt til biomolekylene som ble identifisert i analysen. Dermed vil forhåpentligvis legemidlene som nanopartiklene bærer spres rundt til hele kreftsvulsten og øke sannsynligheten for vellykket kreftbehandling betraktelig. Status: I begynnelsen av prosjektet arbeidet vi med å undersøke hvilke prosedyrer for isolasjon av protein og RNA fra den elektroporerte prøven som vi skal implementere på mikrofluidikk-enheten. Vi konkluderte med å fokusere på væske-væske ekstraksjonsmetoder for protein i første omgang. Vi snevret det ned til to mulige prosedyrer. Den ene er en kommersiell proteinekstraksjonsmetode fra Biological Industries, og er en velkjent metode for prosjektkoordinatoren i Israel. Den andre er en "grønn kjemi" prosedyre for proteinekstraksjon publisert i 2015: Xu K, Wang Y, Huang Y, Li N, Wen Q. A green deep eutectic solvent-based aqueous two-phase system for protein extracting. Anal Chim Acta. 2015 Mar 15;864:9-20. doi: 10.1016/j.aca.2015.01.026. Epub 2015 Jan 23. PMID: 25732422. Prosedyren fra Biological Industries benytter helsefarlige kjemikalier, noe som kompliserer den eksperimentelle testingen på sentrifugaloppsettet og er lite praktisk for klinisk anvendelse. Den grønne prosedyren benytter ikke-helsefarlige ("grønne") kjemikalier og er med det bedre egnet for anvendelsen, men denne er ikke velkjent for konsortiet. I samarbeid med prosjektpartnerne i Israel har vi undersøkt fagfeltene innen dype eutektiske løsemidler og vandige tofasesystemer som den grønne prosedyren baseres på, og hvordan det potensielt kan implementeres med sentrifugal-mikrofluidikk. Prosjektpartnerne i Israel har forsøkt å utføre den grønne prosedyren som beskrevet i artikkelen til Xu et al., men har foreløpig ikke lykkes. Viskositet og kontaktvinkel til væskene som brukes i den grønne prosedyren har blitt testet for polymerer som er relevante for fabrikasjon av mikrofluidikk-enheten (PC, PMMA, COP og Flexdym). Grunnet usikkerheten i hvilken proteinisolasjonsprosedyre vi kommer til å benytte til slutt har vi valgt å fokusere utviklingen av design for mikrofluidikk-enheten på enhetsoperasjoner som er felles for alle væske-væske ekstraksjonsmetoder og der vi ser størst potensial for forbedring og innovasjon, nemlig på blanding og deretter separasjon av de to ikke-blandbare væskene for å oppnå effektiv overføring av målmolekylene fra den ene til den andre fasen. En detaljert litteraturstudie er utført for å identifisere relevante løsninger, og allerede eksisterende løsninger har blitt vurdert og brukt som grunnlag for å utvikle nye, innovative løsninger på problemstillingen. Vi jobber nå med teoretiske vurderinger for å lage designforslag til den nye blandemetoden. Vi kommer mest sannsynlig til å benytte ikke-helsefarlige modellvæsker i begynnelsen for eksperimentell testing av mikrofluidikk-enhetene. For prototyping har vi undersøkt potensielle laserablasjonsinstrumenter fra forbrukermarkedet og inspisert teststrukturer i PMMA for å sammenligne dimensjonene i de produserte brikkene med designet. Dessverre var ikke resultatene nøyaktige nok for prototyping av våre mikrofluidikkstrukturer. Vi kommer derfor til å fokusere på andre prototypingsmetoder i dette prosjektet.

Intratumor heterogeneity is a major challenge preventing the wide-spread adaptation of a personalized medicine. The objective of this proposal is to develop a complementary set of beyond state-of-the-art, nanotechnology-driven tools for effective diagnostics of intratumor heterogeneity and subsequent therapy with tailored nanoparticles. The methods include (i) collection of molecular biopsies at improved spatial resolution (~100 µm) by tissue permeabilisation with electroporation, (ii) automation of sample preparation on electroporated extracts (RNA and proteins extraction) using centrifugal microfluidics and (iii) application of therapeutic gold and silica nanoparticles addressing the tumor subclonality. The hypothesis behind the MATISSE project is that the combination of the proposed technologies will for the first time enable dissecting molecular cartography and heterogeneity of solid tumours addressable by nanoparticle drugs. To test the hypothesis, international consortium of experts in engineering, nanotechnology, medicine, biochemistry, and machine learning will jointly tackle the following specific challenges: 1) development of a novel e-biopsy device for molecular harvesting in vivo; 2) determination of the electric pulse parameters for RNA and protein extraction from tumour model in mice and excised human skin and internal tumours; 3) development of a microfluidic technology for interfacing e-biopsy devices and laboratory instrumentation that ensures integrity of data collection during biopsies analysis; 4) development of nanoparticles combinations to address the heterogeneity of the 4T1 model tested in vivo. The project involves partners from 4 countries (Project leader: Tel Aviv University). SINTEF will focus on the development of a centrifugal microfluidic device for automation of sample preparation (RNA and protein extraction), interfacing of e-biopsy devices with other instrumentation to ensure integrity of data collection during biopsies analysis.

Budsjettformål:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Temaer og emner

Fornyelse og innovasjon i offentlig sektorKjønnsperspektiver i forskningDigitalisering og bruk av IKTOffentlig sektorDigitalisering og bruk av IKTLTP3 Innovasjon i stat og kommuneTjenesterettet FoUResponsible Research & InnovationRRI MedvirkningFornyelse og innovasjon i offentlig sektorInnovasjonsprosjekter og prosjekter med forpliktende brukermedvirkningKjønnsperspektiver i forskningKjønn som variabelGrunnforskningBioteknologiLTP3 IKT og digital transformasjonNanoteknologi/avanserte materialerHelse, miljø og sikkerhetLTP3 Fagmiljøer og talenterPortefølje Banebrytende forskningBioteknologiMedisinsk bioteknologiResponsible Research & InnovationBransjer og næringerHelsenæringenAnvendt forskningBransjer og næringerResponsible Research & InnovationRRI Utviklings- og prosessorienteringCo-Funded/ERA-NETInternasjonaliseringInternasjonalt samarbeid om utlysningCo-Funded/ERA-NETERA-NET Cofund H2020Politikk- og forvaltningsområderNæring og handelHelseLTP3 HelseFNs BærekraftsmålFNs BærekraftsmålMål 3 God helseInternasjonaliseringInternasjonalt prosjektsamarbeidLTP3 Muliggjørende og industrielle teknologierInternasjonaliseringPolitikk- og forvaltningsområderLTP3 Rettede internasjonaliseringstiltakNanoteknologi/avanserte materialerLTP3 Et kunnskapsintensivt næringsliv i hele landetPolitikk- og forvaltningsområderHelse og omsorgLTP3 Styrket konkurransekraft og innovasjonsevnePortefølje HelseLTP3 Høy kvalitet og tilgjengelighetNanoteknologi/avanserte materialerNanovitenskap og -teknologiPortefølje InnovasjonLTP3 Nano-, bioteknologi og teknologikonvergensPortefølje Muliggjørende teknologierPortefølje Forskningssystemet