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一種適用于循環(huán)腫瘤細(xì)胞捕獲的微流控芯片

癌癥從發(fā)生到臨床發(fā)現(xiàn)往往需要10年的時(shí)間，癌癥治療的根本途徑是早期發(fā)現(xiàn)或者對(duì)已轉(zhuǎn)移瘤能有效治療。循環(huán)腫瘤細(xì)胞（circulatingtumor cells, CTC）是指從原位瘤脫落下來進(jìn)入到循環(huán)系統(tǒng)尤其是血液中的腫瘤細(xì)胞。作為液態(tài)活檢核心靶標(biāo)的CTC，不僅可用于癌癥轉(zhuǎn)移前的早期篩查，而且在臨床腫瘤的分期、預(yù)后、特異性藥物篩選、療效檢測(cè)、治療和復(fù)發(fā)監(jiān)測(cè)等方面都具有極其重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。然而由于CTC在血液中數(shù)量極其稀少（約1-100個(gè)/mL），其高效高準(zhǔn)確捕獲一直是科學(xué)前沿難題和臨床應(yīng)用的關(guān)鍵障礙。現(xiàn)有的CTC檢測(cè)方法仍存在較大的局限，包括檢測(cè)準(zhǔn)確度不足、成本高、效率低、時(shí)間長(zhǎng)以及檢測(cè)條件苛刻等。本項(xiàng)目提出的新型微流控芯片設(shè)計(jì)，將基于流線的降速結(jié)構(gòu)和基于過濾的捕獲結(jié)構(gòu)有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)了CTC特異性的匯聚和保留，同時(shí)將部分白細(xì)胞和紅細(xì)胞分流到出口。每經(jīng)過一個(gè)這樣的降速結(jié)構(gòu)，CTC就被濃縮一次，白細(xì)胞和紅細(xì)胞被分走一部分。更重要的是，每一個(gè)單元液流速度均得到了顯著下降（變?yōu)樵瓉淼?/2）。經(jīng)過多組這樣的降速結(jié)構(gòu)，液流流入捕獲結(jié)構(gòu)，此時(shí)流速已經(jīng)非常緩慢，利用CTC和其他血細(xì)胞的尺寸和形變差異，通過三棱柱陣列能實(shí)現(xiàn)CTC的高效捕獲。總體來說，本項(xiàng)目所提出的微流控芯片能在很大流速范圍內(nèi)（5-40 mL/h）都實(shí)現(xiàn)高捕獲效率（高達(dá)94.8%）。此外，芯片上捕獲到的CTC的純度也較高（高達(dá)4log白細(xì)胞去除率）。臨床癌癥患者患者雙盲測(cè)試結(jié)果詳實(shí)準(zhǔn)確率達(dá)到100%。運(yùn)用本項(xiàng)目中的微流控芯片，將實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的宮頸癌HeLa細(xì)胞摻雜到健康血液中，以模擬癌癥患者血液，在很大流速范圍內(nèi)（5-40 mL/h）都能實(shí)現(xiàn)高捕獲效率（高達(dá)94.8%）。同時(shí)，為了證明此微流控芯片的普適性，測(cè)試了四種實(shí)驗(yàn)室細(xì)胞系，包括乳腺癌細(xì)胞系MCF-7和MDA-MB-231，宮頸癌細(xì)胞系HeLa和肺癌細(xì)胞系NCl-H226，捕獲效率均穩(wěn)定在91.3%以上。此外，也設(shè)置了不同的癌細(xì)胞密度以模擬實(shí)際的癌癥患者血液，捕獲效率近似為96.2%。隨后，將本項(xiàng)目應(yīng)用于臨床，對(duì)11例癌癥患者血液中的CTC進(jìn)行檢測(cè)，檢出率高達(dá)100%，CTC個(gè)數(shù)從6-117個(gè)/mL不等，平均值31個(gè)/mL，中位數(shù)25個(gè)/mL。這些研究表明本項(xiàng)目中的微流控芯片能實(shí)現(xiàn)癌癥患者的早期檢測(cè)。?本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥患者血液中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞的單細(xì)胞靈敏度和高特異性的的捕獲，由于其成本低，方便快速，效率高，對(duì)操作條件不敏感等，因而非常適合大規(guī)模應(yīng)用于臨床，實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和阻斷轉(zhuǎn)移等效果。

北京大學(xué) 2021-04-11

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