微流控漫谈系列之三基于CTCs富集分离的微流控技术

2019-9-29 22:05| 编辑: 面气灵| 查看: 1744| 评论: 0|来源: 微流控技术

摘要: 图解用于循环肿瘤细胞富集分离的微流控技术恶性肿瘤已成为我国死亡率最高的重大疾病之一。肿瘤的原发病灶往往并不会直接导至死亡，肿瘤转移疾病是肿瘤患者临床致死的主要原因，因此肿瘤转移的早期准确检测就显得尤为 ...

图解用于循环肿瘤细胞富集分离的微流控技术

恶性肿瘤已成为我国死亡率最高的重大疾病之一。肿瘤的原发病灶往往并不会直接导至死亡，肿瘤转移疾病是肿瘤患者临床致死的主要原因，因此肿瘤转移的早期准确检测就显得尤为重要。循环肿瘤细胞（CTCs）在循环系统当中被检测到，这可以提示可能有肿瘤存在转移情况，因此对CTCs进行检测有助于肿瘤的早期诊断、肿瘤治疗效果评估以及个体化治疗。微流控技术具有低试剂样本消耗、快速、低成本、高通量、使用简单等优点。目前已经有很多研究团队利用微流控技术对CTCs进行富集、分离、检测等研究，成功地实现了快速、高捕获效率、高检测灵敏度的CTCs检测工作。

本文目的是采用以图片展示为主，结合讲解文字的形式，分类当前用于CTCs捕获、富集和检测的微流控芯片系统。帮助大家了解认识微流控技术在CTCs研究领域的应用。（好像还是文字太多

）

什么是CTCs

CTCs是从实体瘤，发生上皮-间质转换进入血液混合的恶性肿瘤细胞，转移之后会在其他组织器官补位产生肿瘤。

CTCs富集分离的微流控技术

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.

生物免疫方法

Weian Sheng制作了集合增强混合芯片，芯片大小与载玻片相同，8个并联管道增大了血液通量，每个通道由鱼脊形结构组成，该结构可以形成流体涡流，从而提高细胞与抗体质检的接触几率，有利于抗体高效捕获CTCs，研究人员将人胰腺癌细胞混入健康人血液作为待测样本进行实验，捕获效率高达90%。被捕获的肿瘤细胞还保持活性，可以继续培养实验。

Joo H. Kang设计了一种由PDMS组成微磁-微流控CTCs分离芯片，该芯片有一条主通道，主通道两侧有内凹型小室，每个小室中均装有磁铁。当样品流经主通道时，由于细胞在小室处所受的流体剪切力最小，已经通过免疫反应包被了磁珠的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个不等的乳腺癌细胞，其捕获效率可达 90%.

双向电泳分选法

Hui-Sung Moon设计了一种MOEF（多孔口流体分选）和DEP（双向电泳分选）集合的CTCs分选富集微流控芯片，首先在第一个分离区域，使用MOEF流体动力分选富集MCF-7乳腺细胞和少量血细胞，其中大量的血细胞从出口I分离出。然后在聚焦区域，剩余的细胞通过DEP二次分选富集，最终实现了快速高纯度（99%的红细胞，94%白细胞）的CTCs分选富集。

物理方法

Peitao Lv设计了一种间距渐变式捕获芯片，该芯片结构由过滤和捕获两个部分构成．过滤部分的作用是滤掉血液中的杂质，减少芯片堵塞，增大流量；捕获部分则设计了不同间距微柱，间距从12um到4um递减，血细胞可通过微柱，而肿瘤细胞体积较大则被捕获，肿瘤细胞混入磷酸盐缓冲液悬液样品的捕获效率高达90%以上．

Kevin Loutherback基于确定性侧向位移法（DLD）设计了可在数分钟内分离CTCs的芯片。芯片整体尺寸为2.5mm*25mm，微结构中三角柱边长58um、间距42um，排列与液流方向呈1/20弧度角。三角柱更有利于防止堵塞。液体流过微柱时，直径较大的肿瘤细胞会向芯片侧壁富集，随液体流出，从而收集CTCs。而体积较小的白细胞和红细胞（WBCs和RBCs）会沿着流体方向流动。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．

各种方法的优缺点比较

虽然目前微流控芯片分析CTCs方面还存在各种各样的问题，面市产品的性能还存在一定的缺陷，但是相信在不远的将来，微流控芯片技术在CTCs分离和富集方面的应用将更加成熟，相应的产品也会越来越多的应用于临床检测。

参考文献：

吕晓庆, 李雷, 陈红梅,等. 生物化学与生物物理进展, 2015(4).

Sheng W, Ogunwobi O O, Chen T, et al.Lab on A Chip, 2013, 14(1):89-98.

Kang J H, Krause S, Tobin H, et al. Lab on A Chip, 2012, 12(12):2175-2181.

Moon H S, Kwon K, Kim S I, et al. Lab on A Chip, 2011, 11(6):1118-1125.

Lv P, Tang Z, Liang X, et al. Biomicrofluidics, 2013, 7(3):180-204.

Loutherback K, D'Silva J, Liu L, et al. Aip Advances, 2012, 2(4):2527-2535.

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