Dispositivo de microfiltración para el aislamiento de células tumorales circulantes (MEMS)-(CTCS)

Microfiltration Device For Circulating Tumor Cells Isolation (MEMS)-(CTCS)

Este documento propone el diseño y la simulación de un dispositivo de microfiltrado dedicado a capturar células tumorales circulantes (CTC), con el objetivo de mejorar la prevención y el tratamiento del cáncer. La metodología consiste en caracterizar el comportamiento celular en el fluido sanguíneo, definir modelos dinámicos, condiciones de contorno y tipos de fluidos multifásicos. Se especifican las propiedades mecánicas de las membranas celulares y la viscosidad, y se analiza la presión crítica de las células cancerosas. El diseño del dispositivo de filtración incorpora la variación del flujo, el ajuste de la geometría, el análisis de la línea de corriente crítica y la generación de vórtices para optimizar las condiciones hidrodinámicas y conseguir una separación celular eficaz. La geometría final demuestra una eficacia excepcional, capturando células cancerosas con una efectividad del 99,99% en la primera etapa y alcanzando una pureza del 99,99% en la salida al filtrar con éxito glóbulos blancos y rojos sin contaminación.

1. INTRODUCCIÓN

La migración de las células tumorales circulantes (CTC) en el torrente sanguíneo a otros organismos se produce cuando la célula cancerosa se desprende del tumor primario, se filtra en los vasos sanguíneos (intravasación) y migra en el torrente sanguíneo a otros organismos del cuerpo (extravasación). Este proceso es una de las características mortales del cáncer, también conocido como metástasis [1], [2], [3], [4], [5].

La tomografía computarizada [6] es un método de detección que permite determinar el tamaño del tumor y su crecimiento mediante imágenes de seguimiento. El tratamiento dura meses entre cada toma y no siempre es posible saber si el tumor está proliferando o durmiendo.

Para la caracterización de las células cancerosas y de los glóbulos blancos y rojos, se definen las propiedades mecanicas de la membrana celular, el diámetro y la viscosidad de cada tipo según la tabla I de la literatura. A continuación, sometemos la célula a deformación midiendo la presión crítica, que se compara y valida con modelos de micropipeta y simulaciones de células a través de microfiltros.

Con los modelos celulares establecidos, se diseña el dispositivo de filtración mediante una variación del flujo y la geometría, y se selecciona la mejor condición hidrodinámica generada. Para el comportamiento favorable de la clasificación celular, en la primera etapa, se filtran CTCs con un diámetro entre D = 12 - 18 μm, en la segunda salida, se capturan células blancas con un diámetro entre D = 14 μm junto con glóbulos rojos (RBCs).