微流控芯片技术在循环肿瘤细胞分离中的研究进展 - 汶颢股份
首页 > 技术资讯 > 技术学院

微流控芯片技术在循环肿瘤细胞分离中的研究进展

循环肿瘤细胞(circulatingtumorcells,CTCs)是指从原发肿瘤或转移灶脱落、发生上皮-间质转化进入患者外周血血液循环的恶性肿瘤细胞.CTCs在肿瘤研究和临床诊断上的作用逐渐得到认可,外周血中CTCs存在与否以及数量多少不但可以用于肿瘤的早期诊断,还可以用于评估肿瘤预后、监测肿瘤的转移和复发.微流控芯片作为一个高通量、小型化的细胞实验平台,已被应用于CTCs的分选当中.本文综述了用于CTCs捕获的微流控芯片系统的最新研究进展,着重介绍各类芯片的捕获原理、芯片结构和捕获效率,最后对微流控芯片技术在CTCs分选中的应用前景进行了展望.

恶性肿瘤已成为我国死亡率最高的重大疾病之一,90%以上的肿瘤病人死于肿瘤的转移和复发.循环肿瘤细胞(circulatingtumorcells,CTCs)是从实体瘤或转移灶脱落,发生上皮-间质转化(epithelial-mesenchymaltransition,EMT)进入外周血血液循环的恶性肿瘤细胞,被认为是肿瘤发生转移的必要前提.微环境改变的条件下,CTCs又发生间质-上皮转化(mesenchymal-epithelialtransition,MET)而在远端器官中停留,生成新的肿瘤,从而导致肿瘤转移.CTCs检测在新的肿瘤生物标志物的发现、肿瘤预后判断及个体化治疗方面存在很大的应用潜力,是国内外肿瘤研究的热点之一.然而,CTCs在血液中的数量非常少,109个血细胞中仅含有1~10个CTCs,因此,CTCs研究的关键在于从含有大量血细胞的复杂血液样本中准确、高效地将其分选出来,满足高捕获率、高纯度和高通量的要求,进而成为能够满足科研和临床需求的工具.a.高捕获率,即可以将样品中的CTCs尽可能多地分离出来;b.高纯度,即希望分离出来的细胞只含有CTCs,其他细胞的含量很少或没有,收集到的CTCs可以进行表型和基因型分析;c.高通量,即能短时间内处理大量样品.

目前,唯一通过美国食品和药品监督管理局(FDA)认证的CTCs分离和计数系统是CellSearch,它是一个依赖于免疫磁珠原理的半自动化工作系统.该系统通过连接了抗上皮细胞黏附分子抗体(epithelialcelladhesionmolecule,EpCAM)的磁珠和CTCs表面标志物EpCAM特异性结合,达到捕获CTCs的目的.CTCs的识别使用经典的免疫染色法.该系统分选CTCs效率为80%.尽管CellSearch已通过FDA批准,但该系统还存在一些缺点,比如暂未实现全自动分选、假阳性比率高、富集后的CTCs没有生物活性等,更重要的是,CellSearch捕获到的CTCs仅仅是EpCAM阳性的类型,而许多恶性程度很高的CTCs并不表达EpCAM,从而无法被检测出来.微流控芯片是一个集样品制备、反应、分离、检测等功能于一体的小型分析实验平台,它通过微加工技术,在硅、玻璃、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)等材料上,根据实际需求,制作出各种结构的、尺寸在微米量级的管道进行实验.将原来需要在一个综合实验室内完成的工作简化到一个微小的芯片上,不仅减少了耗材和试剂的消耗、大大降低了成本,而且提高了检测的灵敏度和分析速度,具有自动和高效的优点.

随着微流控芯片技术在细胞生物学中的应用不断扩展,微流控芯片具有的可集成样品预处理和分析为一体的优势,在DNA测序、蛋白质检测、细胞操控和胞内成分分析等研究领域显示出巨大的应用潜力.由于微流控芯片管道尺寸在微米量级和细胞尺寸匹配,非常适合应用于细胞分选,近些年来,有越来越多的研究者将该技术应用在CTCs的分选上.

微流控芯片分选和富集CTCs的原理主要分为4类:a.利用抗原抗体亲和性进行分选;b.利用细胞物理特征的不同进行分选,比如细胞大小、变形性以及不同大小的细胞在流场中的力学特性;c.利用免疫磁珠具有磁性兼连接抗体的作用进行分选;d.利用不同细胞的电学性能差异进行分选等.本文依据不同的CTCs分选原理,总结了近年来利用微流控芯片分离、富集CTCs的研究现状和最新进展.

1亲和性分选法

利用亲和性反应(affinityreaction)原理进行细胞分选是微流控芯片上最经典、最常用的方法之一(图1a),具体步骤是在芯片内部的微通道或微结构上修饰能够与目的细胞表面抗原结合的特异性抗体或适配体,比如上皮细胞黏附分子,当样品流经微通道时,目的细胞表面抗原与微通道或微结构上的特异性抗体或适配体结合,细胞被固定在芯片内,其他细胞随缓冲液流出芯片;再用合适的方法,比如更换缓冲液,洗脱并收集目的细胞进行下游分析.

图1微流控芯片捕获CTCs各类芯片结构示意图

1微流控芯片捕获CTCs各类芯片结构示意图

(a) 亲和性分选法(A:亲和性分选芯片原理示意图;B:亲和性分选芯片系统装置及芯片内部微柱显微照片).(b)物理特征分选法(C:大小-变形性分选微柱捕获示意图;D:大小-变形性分选微孔捕获示意图;E:确定性侧向位移芯片示意图).(c)免疫磁珠分选法(F:免疫磁珠捕获原理示意图;G:磁珠和大小-变形性方法结合捕获示意图,细胞与磁珠结合后,尺寸增加,更有利于细胞被捕获).(d)双向电泳分选法示意图.

He等设计了一种由TiO2纳米颗粒制备的具有生物相容性纳米薄膜,在玻璃基底中旋涂这种纳米薄膜,再在薄膜上修饰EpCAM抗体,样品通过芯片时,CTCs结合在纳米薄膜上而留在芯片中.该研究将人结肠癌细胞HCT116混入健康人血液作为待测样品,成功分离出HCT116细胞,其效率约为80%.这种由纳米颗粒组成的纳米薄膜可以增加抗体和细胞表面抗原之间的接触机率.通过加大流体剪切力可将约50%的被捕获细胞洗脱下来,洗脱下来的细胞具有生物活性,可进行体外培养.Sheng等制作了几何增强混合(geometricallyenhancedmixing)芯片,简称“GEMchip”,芯片大小与载玻片相同,芯片中有很多鱼脊形或V形结构,8个并联管道用以加大通量.这种芯片通过内部的鱼脊形或V形结构形成涡流,从而提高细胞与抗体之间的接触机率,有利于目的细胞与芯片结构内修饰的抗体结合,从而高效捕获CTCs.该研究将人胰腺癌细胞混入健康人血液作为待测样品进行实验,捕获效率高达90%,同样,被捕获的肿瘤细胞可以被洗脱并继续培养进行后续实验.Launiere等设计了一种内部连接EpCAM和E选择素(E-selectin)的双抗体芯片,E选择素用于加大肿瘤细胞在所受流体剪切力作用下的捕获效率,与其结合的白细胞可以用一种螯合钙的缓冲液洗脱下来,肿瘤细胞则留在芯片内.文中还用只修饰EpCAM抗体的芯片作为对比,证明这种方法的捕获效率是只修饰EpCAM抗体的芯片捕获效率的1.9倍.Nagrath等设计了具有微柱阵列结构CTCs捕获芯片,实验了不同癌细胞系EpCAM表达水平,对于人非小细胞肺癌细胞系NCI-H165的PBS悬液捕获效率高达99%,对于116例肿瘤转移患者(包括前列腺癌、胰腺癌、乳腺癌和结肠癌)血液,有115例捕获到了数量不等的CTCs.其他利用亲和性原理捕获CTCs的微流控芯片整理列于表1.

表1亲和性分选法捕获CTCs文献总结

1亲和性分选法捕获CTCs文献总结

亲和性分选法有特异性高的优点,能有效分选形状、大小相似的不同种类细胞.目前大部分研究者采用EpCAM作为CTCs的表面特异性抗原,但是在不同的肿瘤亚型中,EpCAM的表达各不相同,例如乳腺癌细胞系MCF-7和MDA-MB-231的EpCAM表达水平不同,并且当肿瘤细胞通过上皮间质转化(EMT)作用传播时,EpCAM和角蛋白(CKs)的表达下调,波形蛋白(vimentin)和N-钙黏素(N-cardherin)表达上调.依赖EpCAM的CTCs分选芯片会丢失不表达或低表达EpCAM的CTCs,然而这些CTCs具有更大的浸润性和侵入性.因此,缺乏公认的表面标志物限制了亲和性分选在CTCs分选中的应用.另外,亲和性分选法要在通量和效率之间权衡,流速越大,CTCs和抗体反应的时间越少,这会导致分选效率降低.亲和性分选法与大小变形性分选法相结合,或使用多抗体修饰的芯片分选CTCs也许是个不错的解决办法,但不同种类抗体的反应缓冲液以及反应条件各不相同,实验成本也会随之增加.因此,增加芯片内部结构与细胞接触的面积和机率,在芯片内部修饰多种抗体捕获不同蛋白质表达的CTCs,是利用亲和性分选法原理分离CTCs的微流控芯片发展的主要方向.另外这种方法非常适合分选已知表面抗原的目的细胞,比如血液中的一些免疫细胞等.

2物理特征分选

微流控芯片进行CTCs分选,常根据CTCs与血细胞物理特性(如变形性、大小、流体力学特性等)的差异,通过在芯片中设置不同的微结构单元将其从血液中分离出来,常用的微结构包括微孔、微过滤网和微柱等.

2.1基于细胞大小和变形性差异

大多数上皮来源的CTCs直径从14~26μm不等,而白细胞直径从8~20μm不等.通过在芯片内部设计不同的小于CTCs直径的微孔、微过滤网、微柱等结构(图1b(C、D)),当含有CTCs的样品流经芯片时,CTCs由于直径大而被卡在结构内,血细胞则随缓冲液一起流出,较大的白细胞被结构捕获时,由于CTCs比白细胞变形性小,加大缓冲液流速时,白细胞被冲走,CTCs则留在芯片内,从而达到分离目的.Abnova公司的ClearCell®System就是基于此原理分离CTCs的代表,该系统还可以动态监测CTCs的捕获过程.芯片主要结构由圆柱形微柱构成,每个捕获单元由三个圆柱排列组成一个“爪形”结构.捕获后的CTCs可以进行染色鉴别和计数,亦可被重新收集继续培养进行后续实验,如研究CTCs的分子生物学特征、建立动物模型、临床个体病例研究等.

Lim等设计了一种微筛芯片,该芯片由硅片加工而成,其捕获单元为包含105个小孔的微阵列,蠕动将血液样品从芯片上方泵入进行捕获.该系统捕获掺在健康人血液中的MCF-7和HepG2细胞的效率在80%以上.该作者又用8例癌症病人血液样品进一步验证了该系统的可靠性,成功从病人血液中分离出CTCs,整个处理过程仅需1.5h.Hosokawa等[29]则用微腔阵列(microcavityarray,MCA)系统捕获CTCs,该系统的核心结构由100×100个8~9μm直径的圆孔阵列组成,芯片下面连接蠕动泵.实验中,NCI-H358细胞混在血液中,蠕动泵将样品从蓄液池吸入芯片,血细胞通过圆孔随缓冲液流出,肿瘤细胞则由于负压作用被固定在圆孔上从而被成功分离.该系统可将混在1ml血液中的10个肿瘤细胞在15min内完全捕获,并且保持细胞活性.染色鉴别结果证明其分选效率高达97%,大大高于同一实验样本采用CellSearch系统的分选效率.Jin等设计了一种不同间距的“棘齿”型微柱阵列捕获芯片,间距依次从18μm到2μm递减,进入芯片的样品呈振荡流,与垂直方向的液流耦合,通过调整压力和流速,肿瘤细胞和血细胞在芯片内实现分离,人膀胱癌细胞掺在健康人血液中的样品分离效率在70%以上.Lv等设计了一种间距渐变式捕获芯片,该芯片结构分为过滤和捕获两个部分.过滤部分的作用是滤掉血液中的杂质,最大限度减少芯片堵塞;捕获部分则设计了不同间距微柱,间距从12μm到4μm递减,血细胞可通过微柱,而肿瘤细胞则被捕获,肿瘤细胞混入磷酸盐缓冲液(phosphatebufferedsaline,PBS)悬液样品的捕获效率高达90%以上.其他基于细胞大小和变形性差异原理捕获循环肿瘤细胞的微流控芯片整理列于表2.

表2基于细胞大小和变形性差异捕获CTCs文献总结

2基于细胞大小和变形性差异捕获CTCs文献总结

基于细胞大小和变形性差异分选法捕获CTCs的优势在于:a.操作过程简单,样品只需用缓冲液稀释,不需要进行染色标记,检测时直接将稀释后的全血通入芯片,在出口处收集细胞即可;b.捕获效率高;c.能够实现高通量分选;d.成本远远低于CellSearch;e.无需依赖表面标志物,分选出的CTCs可以用多种抗体进行标志物鉴别.该方法存在的问题是仅仅基于细胞尺寸和变形性不同而进行过滤式分选,由于CTCs尺寸和白细胞有重叠部分,CTCs有可能会通过滤网或微柱的间隔,然而这些CTCs由于经历了EMT作用而具有间质细胞特性,更容易发生转移,恶性程度更高;而且在较大的机械力作用下,CTCs随着缓冲液流过微柱或者滤网时容易破裂.这些因素会对分离纯度和细胞活性造成一定影响,这类芯片在设计内部捕获单元时应避免使用带棱角的微柱,比如三角形、长方形、正方形等,而改用圆形、椭圆形等微柱,减少对细胞的损伤.

2.2基于细胞力学性质差异

2.2.1基于惯性力

近年来,有研究者利用惯性力与微流控芯片结合的惯性微流技术(inertialfocusing)进行CTCs分选,该方法的分离原理简述如下:当流体在直线型微通道内呈层流流动时,悬浮在其中的细胞会受到梯度剪切升力(shear-gradientliftforce)和管壁效应升力(walleffectliftforce)的作用,在二者的共同作用下,大小不同的细胞产生不同的流动特性,再结合不同的芯片内部结构设计,便可达到捕获CTCs的目的.

Sollier等设计了一种具有8联排并联管道、每条管道有8个储液囊的高通量分选芯片.样品流经芯片管道时,细胞受到管壁效应升力和梯度剪切升力共同作用,一旦细胞流经储液囊,管壁效应升力就会减弱,直径较大的肿瘤细胞受较大的梯度剪切升力远离管道中心分界线进入储液囊,直径较小的血细胞留在主流体中.该系统分离人乳腺癌细胞MCF-7和肺癌细胞A549掺入健康人血液样品的效率可达85%,作者还用该系统成功地从癌症病人的血液样本中分离出CTCs.

2.2.2确定性侧向位移

基于确定性侧向位移法(deterministiclateraldisplacement,DLD)设计的微流控芯片原理是芯片内具有相对于流体流动方向呈一定角度的微柱阵列,尺寸不同的颗粒在流动过程中具有不同的运动轨迹,尺寸大的颗粒会发生侧向位移向一侧汇聚,尺寸小的颗粒会按原轨迹运动,在芯片上设计相应的两个出口,即可收集到相应的细胞(图1b(E)).Morton等[41]和Davis等的研究证明此方法适用于直径从30nm~100μm范围内的颗粒分离;Loutherback等第一次证明使用此方法可以在数分钟内分离CTCs.芯片整体尺寸为2.5mm宽、25mm长,微结构中三角柱边长58μm、间距42μm,排列与液流方向呈1/20弧度角.和圆形柱相比,三角柱更有利于防止堵塞.液体流过具有一定排列角度的微柱时,直径较大的肿瘤细胞会向芯片侧壁富集,随液体流出,通过收集侧壁出口处的液体,即可得到肿瘤细胞.该系统分离混有人乳腺癌细胞MCF-7的PBS悬液样品效率在85%以上.将MDA-MB-231细胞掺入健康人血液进行实验,捕获后的细胞可保持活性,可用于继续培养和实验分析.除以上提到的几种典型的分离方法之外,其他基于细胞力学性质差异捕获CTCs的微流控芯片整理于表3.

表3基于细胞力学性质差异捕获CTCs文献总结

3基于细胞力学性质差异捕获CTCs文献总结

基于细胞力学性质差异分选同基于细胞大小和变形性差异分选一样,装置简单、无需复杂的实验设备、成本低,可以作为一个单元与其他微流控分选系统相结合,通过优化细胞分选结构实现更高的分选效率.样品无需标记,不影响CTCs分子特性和表面标志物;细胞在微流环境中损伤小,分选后细胞的存活率更高,可继续培养和做后续分析.然而,由于血液的复杂性,细胞间的相互作用不容易控制,当处理细胞浓度较高的样品时,分选效率降低.另外,该方法单纯基于细胞的物理特性实现,而人体血液是高度复杂的血浆、红白细胞、血小板、蛋白质混合物,且血液黏度是水的3倍以上,因此芯片有时容易发生堵塞现象,影响分选效率,分选出的CTCs可能存在假阳性结果.综上所述,在使用流体动力学分选时,减少细胞间相互作用的样品前处理必不可少,比如用牛血清白蛋白(bovineserumalbumin,BSA)的PBS作为缓冲液(仅限于裂解红细胞后的样品),对血液进行稀释以及改进微通道的几何结构等.基于力学性质差异分选的方法除了可以分离CTCs外,还非常适合分离血液中的血浆、血小板等.

3免疫磁珠分选

免疫磁珠分选是根据免疫磁珠的原理设计的微流控芯片的方法,是免疫磁珠结合微流控芯片本身的优势所设计的芯片,免疫磁珠分选过程在微流控芯片内进行时,可使用微小磁铁,节省试剂和耗材,另外,微流控芯片内部可根据实验需要设计成多种微结构,有利于增加带磁珠的细胞与磁铁碰撞机会,即增加了捕获效率,因此,微流控芯片技术与免疫磁珠相结合,可使芯片兼具免疫磁珠和微流控芯片双重优势,成为微流控芯片捕获CTCs一种常用的方法(图1c(F)).越来越多的研究表明,微流控芯片上利用免疫磁珠分选法分离CTCs能够简化操作步骤、提高捕获效率,再结合分子生物学检测芯片进行后续PCR、染色、细胞继续培养等步骤,能够实现检测的连续化、集成化和自动化.

Earhart等在氮化硅薄膜上镀12μm厚的磁性软坡莫合金,制成尺寸为7mm×7mm、过滤微孔直径40μm的磁性滤网芯片.CTCs与磁性微球结合而被标记,血液样品流过滤网时,血细胞从微孔通过,而磁性微球标记的CTCs则被捕获在微孔边缘.Kang等[55]设计了一种微磁-微流控CTCs分离芯片,该芯片有一条主管道,主管道两边有很多与之相通的小室,每个小室中均装有磁铁,当样品流经主管道时,由于细胞在小室处所受的流体剪切力最小,已经包被了磁珠的CTCs就会在磁场的作用下被捕获在小室中.该系统所用样品为在1ml小鼠血液中掺杂了2~80个不同数量的乳腺癌细胞,其捕获效率可达90%,并且捕获到的CTCs可正常培养7天.其他利用免疫磁珠原理捕获细胞的微流控芯片整理于表4.

表4免疫磁珠分选法捕获CTCs文献总结

4免疫磁珠分选法捕获CTCs文献总结

磁化作用不仅可以用在分离CTCs的微流控装置上,还可以用在CTCs检测的微流装置上.Issadore等设计了一种利用霍尔效应检测和计数磁化CTCs的芯片.基底材料上装配一个探测器阵列,探测器上游是流体聚焦管道,血液样品先经过这一管道形成单一细胞液流,每个磁化的CTCs经过霍尔探测器时诱导产生一个霍尔电压,从而可实现CTCs计数.该方法的准确度高达100%,远高于CellSearch,该系统检测效率为107个细胞/分钟.通过进一步优化数据采集电极,该系统有望达到更高通量(109个细胞/分钟).尽管该系统不能够分离出CTCs,但是它效率高、准确度高、不依赖于现有的光学检测平台,是一个自动化、低成本、便携式的CTCs计数工具.

 

免疫磁珠分选法选择性高,灵敏度高,芯片管道无需修饰,其依赖磁性分选可很好地控制细胞捕获与释放.但是,由于样品需与修饰抗体的磁珠孵育进行预处理,与抗原-抗体亲和力分选一样,CTCs表面标志物的选择也成了免疫磁珠分选法一个限制因素,且孵育效果、清洗过程都会造成细胞损失,另外,磁性富集也会造成带磁珠的细胞在入口处由于接触磁铁而聚集,在芯片入口和磁场区域之间加一段缓冲管道,可能会改善这种聚集现象.免疫磁珠与大小-变形性原理相结合(如图1c(G)),或优化芯片内部结构、使连接磁珠的细胞与磁铁充分碰撞,都有利于提高芯片的捕获效率.

4双向电泳分选法

双向电泳(dielectrophoresis,DEP)是微流控芯片上一种常用的细胞分选方法,其原理是不同类型的细胞在电场中介电性质不同,所受介电力的大小和方向不同,在不同介电力作用下向不同方向移动,在电场中实现目的细胞的分选(图1d).

Alshareef等设计了一种带有光学透明电极的DEP分选器,该芯片以丙烯酸塑料为顶层材料,玻璃为基底材料,利用不同细胞交流频率不同的特性,从HCT-116细胞中成功分离出混入的MCF-7细胞,通过设置不同的参数,如交流电频率、电压、流速等,可对捕获效率进行优化,分选效率可达到93%.其他利用双向电泳原理捕获细胞的微流控芯片整理于表5.

表5双向电泳分选法捕获CTCs文献总结

5双向电泳分选法捕获CTCs文献总结

双向电泳法分选CTCs,可直接对细胞进行选择性操控,无需依赖于CTCs的特异性表面标志物,方便对CTCs进行计数,不同细胞介电特性不同使分选后纯度高,此方法最大的优势是可将不同癌种表面标志物表达相同、尺寸相似、形态相似的细胞分离出来.但是在较大的流速下,微弱的电泳力没有充足时间感应流过的CTCs,从而难以达到快速分选.该方法存在的另一个问题是电场力可能会对细胞活性和表面特性产生影响,不利于对CTCs进行后续培养和分子特性分析.双向电泳分选法分选时间长,但准确率高,因此,较适合于少量细胞的分选.

以上我们总结了近些年来用于CTCs捕获的微流控芯片系统的最新研究进展,抗原-抗体亲和性分选法和免疫磁珠分选法特异性高,利用特异性抗体分选出的CTCs可用于进行肿瘤细胞与正常细胞物理特性差异的研究,而依靠物理特征差异分选出的CTCs可用于研究不同的表面标志物表达,分选出不同表型的CTCs可进行单细胞基因组测序、转录组测序等.微流控芯片技术由于其自身特点在细胞分选方面具有一定的优势,包括芯片体积小、速度快、通量高、操作简便、样品和试剂消耗低、易在芯片上集成多用途功能部件等.经过十多年的发展,该技术已经在CTCs分选中越来越广泛的应用,有望在将来成为CTCs富集和检测工具之一.该技术目前也面临着一些技术上和临床上的挑战:芯片通道空间小,实验过程中管道容易被堵塞;有些特殊的芯片造价昂贵不便于推广应用;在进行细胞分选时,有些方法难以确保较高的细胞活性;缺乏统一的CTCs表面标志物等.如何改进微流控芯片技术在进行细胞分选时所遇到的上述问题,充分发挥其优势,将是接下来研究的关键.

CTCs检测的灵敏度和可靠性非常重要,7.5ml血液中有1~5个CTCs在临床上都是有意义的,假阴性和假阳性都可能对样品分析、临床诊断产生重要影响.随着纳米技术的不断发展,功能化纳米材料修饰的微流控芯片广泛应用于CTCs的富集和检测[77].适配体能提供特异性CTCs靶点,因此微流控芯片的应用也许可以向研究基于新的CTCs捕获探针(如核酸适配体探针等)方面发展,寻找特异性强的适配体探针,以提高CTCs检测的可靠性.抗体连接的功能性纳米粒子能够为CTCs与抗体的结合提供更大的接触表面积,因此纳米技术也成为细胞分选中备受瞩目的一项新技术.另外,采用多种捕获方法相结合,充分利用各自的优点设计CTCs捕获微流控芯片是将来的发展趋势.Karabacak等开发的利用确定性侧向位移、惯性聚焦和磁场力分选CTCs的微流控芯片,称为CTC-iChip,第一部分利用确定性侧向位移将红细胞、血小板与白细胞和CTCs分开,白细胞和CTCs流入下一捕获单元,第二部分利用弯曲的微管道将白细胞和CTCs按单细胞排列开来,连接了抗白细胞表面抗原的抗体的磁珠与白细胞结合,第三部分的磁场力将连接磁珠的白细胞和CTCs分开,收集口处即可收集CTCs,1h可处理8ml血液,捕获率高达97%,该芯片已成功实现对癌症患者外周血CTCs的捕获,并可进行后续培养、单细胞免疫染色和单细胞转录组测序分析;Yu等利用该芯片分离的乳腺癌CTCs,并对捕获到的CTCs进行了EMT的动态过程分析;还利用分离后培养的CTCs进行药物敏感性试验.

现在多种多样的CTCs分选微流控芯片已经商业化或正在发展成为产品,比如依赖抗体的CTCs芯片(On-Q-ity,Waltham,MA)、依据大小变形性原理的ClearCellTM系统(ClearbridgeBioMedics,Singapore)、依据免疫磁珠的IsoFluxTM系统(Fluxion)、依据流体体动力特征的ApostreamTM(Apocell)和根据双向电泳原理的DEPArrayTM系统等.然而,不同设备在不同的实验室中,CTCs的检测和计数难以确保重复,因此,开发具有高度可重复性的CTCs微流控芯片检测系统成为当前研究的重点,只有这样才能成为临床上可靠、实用的工具,为CTCs检测、预测病人预后情况、研究癌症的多样性以及生物学特征提供更多的可能.相信在不远的将来,微流控芯片技术在CTCs分离、富集方面的应用将更加成熟,微流控芯片技术在临床上的应用更加广泛.

(文章来源:吕晓庆,李雷,陈红梅,陈鹏,刘静《微流控芯片技术在循环肿瘤细胞分离中的研究进展》科学网科学网转载仅供参考学习及传递有用信息,版权归原作者所有,如侵犯权益,请联系删除)



标签:   细胞分选  微流控芯片 循环肿瘤细胞  肿瘤转移