深圳先進(jìn)院等研發(fā)出循環(huán)腫瘤/融合細(xì)胞無標(biāo)記分選的新型微流控技術(shù)
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院(簡稱“深圳先進(jìn)院”)醫(yī)工所微納中心的陳艷團(tuán)隊在腫瘤液體活檢領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研發(fā)了一種創(chuàng)新的微流控技術(shù)，能夠同時分選癌癥患者外周血中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞(Circulating tumor cells, CTCs)和循環(huán)融合細(xì)胞(Circulating fusion cells, CFCs)，可以一步式從全血樣品中分離出高純度、高活性的CTCs和CFCs，并完成高通量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序分析。相關(guān)研究成果以Cascaded filter deterministic lateral displacement microchips for isolation and molecular analysis of circulating tumor cells and fusion cells為題發(fā)表在微流控領(lǐng)域頂尖期刊Lab on a Chip上。深圳市瑞格生物科技的劉宗彬博士、深圳市第二人民醫(yī)院的劉愛學(xué)主任、深圳先進(jìn)院的陳艷研究員為論文的共同通訊作者。
一個世紀(jì)以前，德國病理學(xué)家Otto Aichel發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞可以和免疫細(xì)胞融合，形成的融合細(xì)胞同時具備免疫細(xì)胞運動能力和腫瘤細(xì)胞的成瘤能力，更容易通過循環(huán)系統(tǒng)在體內(nèi)擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，但由于技術(shù)手段的限制，這類融合細(xì)胞很難分選出來，無法做更深入的分析。
在本研究中，研究人員提出“過濾式確定性側(cè)向位移”(filter-DLD)的創(chuàng)新概念，通過微納結(jié)構(gòu)設(shè)計和有限元多物理場分析，構(gòu)建了一種流體力學(xué)新結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)細(xì)胞運動軌跡精準(zhǔn)操控。這種結(jié)構(gòu)不但比傳統(tǒng)設(shè)計具有更低的臨界細(xì)胞分離尺寸，而且對血液中占比最多的紅細(xì)胞有極好的過濾效果。研究人員同時利用創(chuàng)新的流體力學(xué)結(jié)構(gòu)，將filter-DLD結(jié)構(gòu)整合成高度集成的級聯(lián)式芯片(CFD-Chip)，一方面大大提升了樣品分離的通量，另一方面通過不同微結(jié)構(gòu)的組合實現(xiàn)CTCs和CFCs的高效分選：捕獲效率>96%，極高的純度 (白細(xì)胞去除率99.995%)，高活性(>98%)。因此，CFD-chip在循環(huán)稀有細(xì)胞的分選中展示出極其優(yōu)越的性能。微流控芯片無標(biāo)記分選的便捷流程以及全血樣本的處理模式，為腫瘤液體活檢的臨床推廣提供了科研利器。
研究人員使用CFD-Chip分析了近百例臨床肺癌患者的樣本，高效收集了CTCs，并鑒定了一種新的CTC亞群：腫瘤細(xì)胞-白細(xì)胞融合細(xì)胞(CFCs)，CFCs同時表達(dá)腫瘤細(xì)胞和白細(xì)胞marker?；颊邩悠分?/span>CTCs水平的變化，可以有效地應(yīng)用于治療效果的評估和病情的動態(tài)監(jiān)測。由于從CFD-Chip平臺獲取的腫瘤細(xì)胞具有極高的活性，可以直接用高通量單細(xì)胞RNA測序進(jìn)行下游分析，結(jié)果顯示肺癌病人外周血中存在比CTCs數(shù)量更多的CFCs細(xì)胞。CFCs有望揭示腫瘤演化和轉(zhuǎn)移的新機(jī)制，為腫瘤早期診斷、預(yù)后判斷、療效監(jiān)控、復(fù)發(fā)預(yù)測提供一種新型標(biāo)志物。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會和廣東省、深圳市等科技項目的資助。
應(yīng)用于循環(huán)腫瘤/融合細(xì)胞無標(biāo)記分選的微流控芯片
