微流控液體活檢原理

　　伊利諾伊大學芝加哥分校和澳大利亞昆士蘭科技大學的研究人員開發了一種設備，可以從患者血液樣本中分離出單個癌細胞。這種微流控設備的工作原理是將在血液中發現的各種細胞類型按其大小進行分離。也許有朝一日，這種設備可以讓快速價廉的液體活檢幫助發現癌癥并制定有針對性的治療計劃。這項發現發表在《微系統與納米工程》(Microsystems & Nanoengineering)在線期刊上。

　　“這種新的微流控芯片讓我們能夠將癌細胞從全血(未除去任何成分的血液)或最低限度稀釋的血液中分離出來。”伊安·帕帕茨基(Ian Papautsky)說，“雖然可以用設備檢測血液中的循環腫瘤細胞(CTCs)，但大多數設備都相當昂貴，許多研究實驗室或醫院都買不起。”我們的設備價格低廉，不需要制備太多試樣，也不需要過多稀釋液體，使用起來方便快捷。

圖片顯示了微流控設備如何將癌細胞從血液中分離出來。綠色的圓圈代表癌細胞。圖源：Ian Papautsky

　　成功分離癌細胞是實現液體活檢的關鍵一步，在液體活檢中，可以通過簡單的抽血檢測癌癥。如果采用組織活檢這一方法診斷癌癥，則需要用到穿刺針或者進行手術，而抽血檢測則免去了這兩者帶來的不適感和相關費用。液體活檢還可以用于跟蹤觀察一段時間內化療的療效，以及檢測大腦和肺等器官的癌癥，而這類器官的癌癥都是傳統活檢技術難以檢測到的。

　　然而，由于血液中的循環腫瘤細胞不多，因此將它們從血液中分離并非易事。而且對許多癌癥來說，將近10億個血細胞中才有一個癌細胞。帕帕特斯基說:“7.5毫升是標準的抽血容積。而這樣一管血，可能含有10個癌細胞和350  -400億個血細胞。所以實際上，這同大海撈針沒什么兩樣。”

　　采用微流控技術的設備為傳統的液體細胞檢測方法提供了一種替代方法。這些設備要么在目標細胞經過時使用腫瘤標記物將其捕捉，要么利用目標細胞的物理特性(主要是尺寸)將其與液體中的其他細胞分離開來。

　　帕帕茨基和他的同事開發的裝置是利用大小將腫瘤細胞從血液中分離出來。帕帕茨基說:“在液體中，利用大小差異來分離細胞要比用親和層析分離容易得多，后者使用“粘性”標簽在目標細胞經過時將其捕捉。而且親和層析還需要大量的高級凈化工作，這是大小分離法所不需要的。”

　　帕帕茨基和他的同事利用慣性遷移和剪切誘導擴散的現象，開發了一種在癌細胞通過塑料制成的的“微通道”時，將其從血液中分離出來的裝置。“我們仍在研究這些現象背后的物理原理，以及它們在設備中的相互作用，但它是根據細胞大小的微小差異來分離細胞的，這決定了細胞在液體柱中流動時對不同位置的吸引力。”

　　帕帕茨基和他的同事在5毫升的健康血液樣本中加入了10個小細胞肺癌細胞，然后讓血液在他們的設備中流通。用這個微流控設備，他們能夠重新獲得93%的癌細胞。而之前開發的用于從血液中分離循環腫瘤細胞的微流控設備，其回收率在50%到80%之間。

　　他們從診斷為非小細胞肺癌的患者身上采集了8份血液樣本，使用該微流控設備，他們能夠從其中6份樣本中分離出癌細胞。

　　帕帕特斯基說，設備除了高效可靠之外，幾乎不需要稀釋也是其優點之一。“在不稀釋的情況下，樣品的運行時間和制備時間都縮短了。”他們在實驗中使用全血以及稀釋了三倍的血液，這一稀釋倍數與使用基于慣性遷移的設備進行細胞分離的其他方案相比是很低的。

　　帕帕特斯基和同事艾麗西婭·休伯特(Alicia Hubert)醫生將使用伊利諾伊大學癌癥中心的病人的血液來繼續測試他們原型設備的有效性。