Vývoj mikrofluidního čipu s povrchem nanostrukturovaným proteiny pro studium cirkulujících nádorových buněk (CTC)

Mgr. Jiří SMEJKAL

Doctoral thesis

Development of microfluidic device with nanostructured surface with protein binders for the research of circulating tumor cells (CTC)

Abstract:

Most cancer-related deaths are caused by prostate, breast, lung, and colorectal cancers. To improve the quality of life in general, cancer prevention methods, early cancer diagnosis, and effective pharmacological therapy must be made more affordable and accessible. Microsystems with nanostructured surfaces for cell immunocapture are a rapidly evolving area with significant potential in medical diagnostic applications. In the early phases of disease diagnosis and prognosis, the isolation and quantification of circulating tumor cells in the blood are of critical importance. For effective personalized therapy, rapid and reliable early detection of these cells is critical. For subsequent treatment, for example targeted delivery of chemotherapeutics, nanocarriers, such as dendrimers, can be employed. The biohazard risks of these novel nanovectors should be extensively studied. To ensure the patient's safety and treatment success, adequate toxicological tests to evaluate their potential biohazards and accurate protocols must be utilized. This thesis demonstrates the practical application of never-before-used high-affinity recombinant protein binders for tumor cell capture, and microfluidic devices for the efficient and cost-effective detection of rare cells in the blood. This thesis also proposes membrane modifications for effective microfiltration strategies as an alternative way for isolating rare tumor cells from the blood, provides results of a study of carbosilane dendrimers in order to raise the concern of the inadequacy of traditional toxicity testing approaches, and offers a solution to high-throughput in vivo toxicity testing in a millifluidic system.

Abstract:

Většina úmrtí souvisejících s rakovinou je způsobena rakovinou prostaty, prsu, plic, tlustého střeva a konečníku. Pro zlepšení kvality života obecně, je třeba zlevnit a zpřístupnit metody prevence rakoviny, včasnou diagnózu rakoviny a účinnou farmakologickou terapii. Mikrosystémy s nanostrukturovanými povrchy pro imuno-záchyt buněk jsou rychle se rozvíjející oblastí s významným potenciálem v medicínských diagnostických aplikacích. V raných fázích diagnózy a prognózy nemoci je velice důležitá izolace a kvantifikace cirkulujících nádorových buněk v krvi. Rychlá a spolehlivá včasná detekce těchto buněk je pro účinnou personalizovanou terapii kritická. Pro následnou léčbu, například cílené doručování chemoterapeutik, mohou být použity nanonosiče, jako jsou dendrimery. Rizika spojená s použitím těchto nových nanovektorů by měla být důkladně prostudována. Aby byla zajištěna bezpečnost pacienta a úspěch léčby, musí být použity adekvátní toxikologické testy a přesné diagnostické protokoly k vyhodnocení potenciálních rizik spojených s použitím těchto nanonosičů. Tato práce demonstruje praktickou aplikaci dosud nepoužitých vysoko afinitních rekombinantních proteinů pro záchyt nádorových buněk a mikrofluidní zařízení pro účinnou a cenově dostupnou detekci vzácných buněk v krvi. Tato práce také navrhuje modifikaci membrán pro efektivní mikrofiltrace, jako alternativní způsob izolace vzácných nádorových buněk z krve. Práce také uvádí výsledky studie karbosilanových dendrimerů s cílem upozornit na nedostatečnost tradičních přístupů k testování toxicity a nabízí řešení v podobě vysokokapacitního in vivo testování toxicity v milifluidním systému.

Keywords

Mikrofluidika, Vzácné buňky, Nanotechnologie, Imuno-záchyt, CTC, Tekutá biopsie, Dendrimer, Nanonosiče

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 3. 2023

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Jan Malý, Ph.D., Mgr. Jan Malý, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Nanotechnology / Applied Nanotechnology