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一種適用于循環(huán)腫瘤細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年的時間，癌癥治療的根本途徑是早期發(fā)現(xiàn)或者對已轉(zhuǎn)移瘤能有效治療。循環(huán)腫瘤細胞（circulatingtumor cells, CTC）是指從原位瘤脫落下來進入到循環(huán)系統(tǒng)尤其是血液中的腫瘤細胞。作為液態(tài)活檢核心靶標的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、預后、特異性藥物篩選、療效檢測、治療和復發(fā)監(jiān)測等方面都具有極其重要的臨床應用價值。然而由于CTC在血液中數(shù)量極其稀少（約1-100個/mL），其高效高準確捕獲一直是科學前沿難題和臨床應用的關鍵障礙。現(xiàn)有的CTC檢測方法仍存在較大的局限，包括檢測準確度不足、成本高、效率低、時間長以及檢測條件苛刻等。本項目提出的新型微流控芯片設計，將基于流線的降速結(jié)構(gòu)和基于過濾的捕獲結(jié)構(gòu)有機整合，實現(xiàn)了CTC特異性的匯聚和保留，同時將部分白細胞和紅細胞分流到出口。每經(jīng)過一個這樣的降速結(jié)構(gòu)，CTC就被濃縮一次，白細胞和紅細胞被分走一部分。更重要的是，每一個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)，此時流速已經(jīng)非常緩慢，利用CTC和其他血細胞的尺寸和形變差異，通過三棱柱陣列能實現(xiàn)CTC的高效捕獲。總體來說，本項目所提出的微流控芯片能在很大流速范圍內(nèi)（5-40 mL/h）都實現(xiàn)高捕獲效率（高達94.8%）。此外，芯片上捕獲到的CTC的純度也較高（高達4log白細胞去除率）。臨床癌癥患者患者雙盲測試結(jié)果詳實準確率達到100%。運用本項目中的微流控芯片，將實驗室培養(yǎng)的宮頸癌HeLa細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）都能實現(xiàn)高捕獲效率（高達94.8%）。同時，為了證明此微流控芯片的普適性，測試了四種實驗室細胞系，包括乳腺癌細胞系MCF-7和MDA-MB-231，宮頸癌細胞系HeLa和肺癌細胞系NCl-H226，捕獲效率均穩(wěn)定在91.3%以上。此外，也設置了不同的癌細胞密度以模擬實際的癌癥患者血液，捕獲效率近似為96.2%。隨后，將本項目應用于臨床，對11例癌癥患者血液中的CTC進行檢測，檢出率高達100%，CTC個數(shù)從6-117個/mL不等，平均值31個/mL，中位數(shù)25個/mL。這些研究表明本項目中的微流控芯片能實現(xiàn)癌癥患者的早期檢測。?本項目實現(xiàn)對癌癥患者血液中的循環(huán)腫瘤細胞的單細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，對操作條件不敏感等，因而非常適合大規(guī)模應用于臨床，實現(xiàn)癌癥的早期診斷、實時動態(tài)監(jiān)測和阻斷轉(zhuǎn)移等效果。

北京大學 2021-04-11

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