Νανοδομημένες επιφάνειες (από το Νανοεργοστάσιο Πλάσματος) εμπλουτίζουν καρκινικά κύτταρα για έγκαιρη ανίχνευση και διάγνωση

«Νανοεργοστάσιο Πλάσματος» (βλέπε egno.gr) είναι ο τίτλος ερευνητικού προγράμματος που εκπονήθηκε στο Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας στο Ερευνητικό Κέντρο «Δημόκριτος» και χρηματοδοτήθηκε από το ΕΣΠΑ μέσω της δράσης ΑΡΙΣΤΕΙΑ Ι της Γενικής Γραμματείας Έρευνας και Τεχνολογίας με κωδικό έργου 695 και διάρκεια 3 έτη (2012-2015). Πρόκειται για ένα φιλόδοξο έργο που εντάσσεται στην ευρύτερη περιοχή της νανοτεχνολογίας με την βοήθεια ηλεκτρικών εκκενώσεων ψυχρού πλάσματος.

Το ψυχρό πλάσμα είναι ένα ρευστό που περιέχει μακροσκοπικά ίσες πυκνότητες θετικών κι αρνητικών φορτίων, διεγερμένα σωμάτια, φωτόνια ευρέως φάσματος ενέργειας, δραστικές χημικές ρίζες λόγω αποσύνθεσης μορίων και απλά άτομα και μόρια του αερίου που χρησιμοποιείται. Μια εικόνα του που βλέπουμε συχνά είναι η φωτεινή εκκένωση στους λαμπτήρες φθορισμού και νέον, των φωτεινών διαφημίσεων. Έτσι αν αντί για αδρανές Νέον ή Αργό χρησιμοποιηθεί Οξυγόνο ή Φθοριούχο αέριο οι ρίζες και τα ιόντα οξυγόνου ή φθορίου μπορούν να αντιδράσουν με πολυμερικά – οργανικά υλικά, καθώς και με πυρίτιο – ανόργανα υλικά διαβρώνοντας (αφαιρώντας υλικό-εγχαράσσοντας) τοπικά τα υλικά αυτά από την αέρια φάση αντί για την συνήθη υγρή εγχάραξη που χρησιμοποιείται σήμερα.

Το νανοεργοστάσιο πλάσματος προτείνει μια νέα οικονομικότερη τεχνολογία για την κατασκευή νανοδομών που ονομάζεται «αφαιρετική και κατευθυνόμενη από το πλάσμα νανοοργάνωση», η οποία εμπεριέχει ταυτόχρονη εγχάραξη και εναπόθεση από το πλάσμα παρεμποδιστών της εγχάραξης. Στόχος του Νανοεργοστασίου πλάσματος είναι η ελεγχόμενη κατασκευή τυχαίων και αυτό-οργανωμένων μικρο και νανοδομών με διεργασίες πλάσματος και εφαρμογές αυτών στις επιστήμες υγείας και στην ενέργεια.

Οι μικρο- και νανοδομημένες επιφάνειες που παράχθηκαν στο Νανοεργοστάσιο πλάσματος χρησιμοποιήθηκαν για καλλιέργεια υγειών και καρκινικών κυττάρων διαφόρων σειρών (όπως καρκινικά κύτταρα ΗΤ1080 και φυσιολογικοί ινοβλαστοί). Η εργασία της ερευνητικής ομάδας του Δημόκριτου έδειξε ότι όταν στις νανοδομημένες επιφάνειες καλλιεργηθούν φυσιολογικά και καρκινικά κύτταρα, τα καρκινικά προσκολλώνται και πολλαπλασιάζονται με τον αναμενόμενο ρυθμό, ενώ ο ρυθμός πολλαπλασιασμού των φυσιολογικών κυττάρων αναστέλλεται σε πολύ μεγάλο βαθμό. Το αποτέλεσμα αυτό θα μπορούσε να προταθεί ως τεχνική εμπλουτισμού τέτοιων σπάνιων κυττάρων για την έγκαιρη ανίχνευση τους.

Σε επίπεδο συγκαλλιέργειας φυσιολογικών και καρκινικών κυττάρων επιτεύχθηκε σημαντικός, υψηλότερος από 100 φορές, εμπλουτισμός των καρκινικών. Το αποτέλεσμα αυτό οδήγησε στην συγγραφή από τους ερευνητές ευρεσιτεχνίας, για πιθανή χρήση του σε ιατρικές και διαγνωστικές εφαρμογές. Στη συνέχεια οι επιστήμονες κατασκεύασαν μικροσύστημα διαχωρισμού κυττάρων, βασισμένο στις νανοδομημένες με το πλάσμα επιφάνειες (βλέπε Εικόνα 1.α).

Εικόνα 1.α: Απεικόνιση του μικροσυστήματος
Εικόνα 1.β: Εικόνα μικροσκοπίου φθορισμού από συγκαλλιέργεια φυσιολογικών και καρκινικών κυττάρων σε κατεργασμένη επιφάνεια στο πλάσμα

Το μικροσύστημα αποτελείται από πλέγμα 12 φρεατίων ελαστομερούς, με πυθμένα τη νανοδομημένη με πλάσμα Οξυγόνου (Ο2) επιφάνεια. Παρέχει τη δυνατότητα χρήσης μικρού όγκου δείγματος και χρησιμοποιήθηκε για τον εμπλουτισμό καρκινικών κυττάρων από μίγμα τους με φυσιολογικά. Στην Εικόνα 1.β, φαίνεται στιγμιότυπο από τη συγκαλλιέργεια φυσιολογικών ινοβλαστών και καρκινικών κυττάρων, μετά από 3 ημέρες καλλιέργειας, από μίγμα αρχικής αναλογίας 50:1, τα οποία επωάστηκαν σε κατεργασμένη στο πλάσμα επιφάνεια. Τα κύτταρα χρώστηκαν με αντίσωμα anti-CK 8,18 επισημασμένο με φθορίζουσα CF555 (κόκκινο) το οποίο αναγνωρίζει ειδικά το συγκεκριμένο αντιγόνο που εκφράζεται από τα καρκινικά κύτταρα και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε χρώση του κυτταροσκελετού όλων των κυττάρων με φαλλοιδίνη (πράσινο) και των πυρήνων με DAPI (μπλε). Ο βαθμός εμπλουτισμού των καρκινικών κυττάρων σε αυτή την περίπτωση ήταν 75 φορές.

Εικόνα 1.γ: Εικόνες φθορισμού ανοσοχημικού προσδιορισμού για τον λιποπολυσακχαρίτη της Σαλμονέλας (LPS) που πραγματοποιήθηκε σε κατεργασμένα με πλάσμα O2 μικροκανάλια PMMA

Επίσης κατασκευάστηκε μικροσύστημα διαχωρισμού βιομορίων βασισμένο στις νανοδομημένες, με το πλάσμα, επιφάνειες. Ως παράδειγμα, οι ερευνητές, έδειξαν μια σημαντικά αυξημένη ακινητοποίηση αντισώματος επάνω σε νανοδομημένες με το πλάσμα επιφάνειες. Το μικροσύστημα, υποστηρίζεται ότι, μπορεί να εφαρμοστεί για διαχωρισμό βιομορίων των οποίων τα αντισώματα θα βρίσκονται ακινητοποιημένα σε διάφορες θέσεις του μικροκαναλιού.

Η Εικόνα 1.γ δείχνει εικόνες φθορισμού που ελήφθησαν μετά το πέρας φθορισμοανοσοανάλυσης, τύπου σάντουιτς, για τον προσδιορισμό του λιποπολυσακχαρίτη της Σαλμονέλας (LPS) που πραγματοποιήθηκε σε κατεργασμένα με πλάσμα O2 μικροκανάλια PMMA. Σε διακριτές θέσεις των μικροκαναλιών είχαν εναποτεθεί κηλίδες πολυκλωνικού αντισώματος κατά του LPS. Κατόπιν, στα κανάλια διοχετεύθηκαν διαλύματα διαφορετικών συγκεντρώσεων LPS (0, 5, 25 και 100 ng/mL, αντίστοιχα) και στη συνέχεια αντίσωμα κατά του LPS σημασμένο με φθορίζουσα (AlexaFluor488). Στις εικόνες παρουσιάζονται φωτογραφίες που αντιστοιχούν σε συγκεντρώσεις LPS 5 και 100 ng/mL, αντίστοιχα.

Την ερευνητική ομάδα του συγκεκριμένου έργου αποτελούν οι επιστήμονες: Δρ. Ευάγγελος Γογγολίδης, Δρ. Αγγελική Τσερέπη, Δρ. Παναγιώτα Πέτρου, Δρ. Σωτήριος Κακαμπάκος, Δρ. Βασίλειος Κωνσταντούδης, Δρ. Γεώργιος Μπουλούσης, Αναστασία Κανιούρα.

Η εργασία συνεχίζεται για να επιτευχθεί ακόμη μεγαλύτερος εμπλουτισμός των καρκινικών κυττάρων σε περισσότερες κυτταρικές σειρές.

Πηγή: Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας, ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος