Tumour tissue dissociation and acoustophoresis-based cell separation

Abstract

The aim of this thesis was to compare different ways of dissociating tissue - specifically breast cancer tissue - and sorting out tumour cells and immune cells from the dissociated tissue using acoustophoresis in a microfluidic chip. Due to ethical issues with using tumour tissues to work on the methodology of a project, ultimately only healthy breast tissue was used in this work.

Two dissociation kits were used: OptiTDS, Mammary Tissue Dissociation System from CHI Scientific and Accutase solution, from Sigma-Aldrich. The best protocol for both was found to be incubating the tissue with the dissociation solution in 37 degrees Celsius while pipetting repeatedly. The dissociation was evaluated by microscopy and later flow cytometry. Before the sorting, the tissue samples were incubated with antibodies with fluorochromes attached.

In order to remove larger pieces of tissue which might clog the channels of the microfluidic chip, the samples were filtered using pore sizes of 50 and 30 micrometer. After this, the dissociated tissue samples were run through the acoustophoretic sorting. Some issues occured with fat build-up in the chip, so a centrifuge washing step was added. The sorting was evaluated using flow cytometry, where cells with antibodies attached could be identified.

The sorting was successful in some cases: in one experiment a population of cells was found in the central outlet that was not present in the side outlet. However, due to the heterogenous nature of breast tissue, this result was not found again despite several attempts. There were also a great deal more CD3-positive cells (T-cells) found in the central outlet compared to the side outlet, in multiple experiments. These results do show promise and will be further investigated by the research group.

Popular Abstract (Swedish)

Ultraljud och mikrochip kan hjälpa oss att förstå cancer bättre

En tumör och dess omgivning spelar stor roll i hur cancer utvecklas och genom att förstå vilka celler den består av och sortera ut de viktigaste kan man öka kunskapen om hur cancern bäst ska bekämpas. I detta arbete har immunceller från sådan upplöst bröstvävnad sorteras ut med hjälp av ett mikrochip med små kanaler samt en ultraljudsvåg som lagts över kanalen. Detta kan bidra till att bättre förstå immunförsvarets roll i cancerbekämpning och i förlängningen hur immunterapi kan användas för att bota bröstcancer.

Tänk om det gick att utifrån en bit cancervävnad kunna ta fram tumörcellerna i den och sedan programmera immunförsvaret att ge sig på dessa. Tänk om cancerbehandlingarna då kunde bli ännu effektivare och fler cancerpatienter – föräldrar, farmödrar, morbröder – överlevde!

Med hjälp av en teknik som hanterar volymer i mikroliterstorlek och mindre, är forskningen på väg att kunna göra just det. Inom detta område har chip med mikrokanaler tagits fram, där dessa små volymer bearbetas. I detta arbete har bröstvävnad lösts upp till enskilda celler för att sedan separeras från varandra med hjälp av ultraljud i ett sådant chip. Provet med upplöst vävnad pumpades in i chipet från höger och separerades i kanalen för huvudfokusering, där de intressanta cellerna sorterades ut i centralutloppet. Särskilt intressant var om det skulle vara möjligt att separera ut immunceller från vävnaden, då dessa kan ge ledtrådar om hur immunsvaret ser ut i exempelvis cancervävnad. I flera av experimenten lyckades T-celler, som spelar en viktig del i det adaptiva immunförsvaret, sorteras ut från den upplösta vävnaden.

Detta kan bidra till större förståelse för hur immunterapi, där immunförsvaret utnyttjas för att ta fram nya cancerbehandlingar, kan användas för att angripa cancer. Särskilt inom bröstcancer visar studier att immunförsvaret har stor betydelse. Innan det kan användas på bred front som behandling behöver vi dock förstå bättre vilken roll immunförsvaret spelar vid cancerbekämpning. Om man snabbt och enkelt kan sortera ut olika celler från bröstcancervävnad – exempelvis tumör- eller immunceller – kan man analysera dem för exempelvis specifika ytproteiner som bara tumörcellerna har. Då kan antikroppar tas fram som binder in till enbart tumörcellerna och inga andra celler, så resten av immunförsvaret kan hitta och oskadliggöra dessa celler. Immuncellerna i vävnaden är viktiga att sortera ut eftersom de kan visa hur immunförsvaret arbetar mot tumören.

Dissociering, eller upplösning av vävnad, har gjorts förut av forskare, liksom utsortering av exempelvis röda blodkroppar från andra partiklar, men dessa tillvägagångssätt har åtminstone inte i denna forskargrupp kombinerats tidigare. Att separera celler i mikrochip med hjälp av ultraljud är även en skonsam metod så cellerna klarar sig bra efteråt, vilket är en av anledningarna till att den är intressant. Detta arbete var en start i att försöka sortera ut vissa celler från upplöst och utspädd vävnad och har visat lovande resultat som kommer att forskas vidare på i gruppen.

• author: Sjödahl, Linnea
• supervisor: Thomas Laurell; Andreas Lenshof; Emma Niméus
• organization: Department of Biomedical Engineering
• course: BMEM01 20202
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• language: Swedish
• additional info: 2020-14
• id: 9028888
• date added to LUP: 2020-09-17 16:20:10
• date last changed: 2020-09-17 16:20:10