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从患者血液中分离循环肿瘤细胞(CTC)是液体活检背后的基本原理，并且近年来已经开发了许多微流体装置以提高捕获这些转化细胞的效率。现在，伊利诺伊大学芝加哥分校(UIC)和澳大利亚昆士兰科技大学的一个研究小组开发了一种新的装置，用于从患者血液样本中分离出单个癌细胞。有一天，该设备可以实现快速，廉价的液体活检，以帮助检测癌症并制定有针对性的治疗计划。该研究的结果最近在微系统与纳米工程中通过一篇题为“使用多流微流体通道分离非小细胞肺癌患者的循环肿瘤细胞。“
“这种新的微流体芯片让我们可以将癌细胞从全血或最低限度稀释的血液中分离出来，”UIC工程学院生物工程学教授Ian Papautsky博士解释说。“虽然用于检测在血液中循环的癌细胞的装置正在变得可用，但大多数装置相对昂贵并且远离许多研究实验室或医院。我们的设备价格便宜，不需要太多样品制备或稀释，使其快速且易于使用。“
成功分离癌细胞的能力是实现液体活检的关键步骤，其中癌症可以通过简单的抽血来检测。这将消除使用针或外科手术作为癌症诊断的一部分的组织活检的不适和成本。液体活检还可用于跟踪化疗随时间的疗效，并用于检测难以通过传统活检技术(包括脑和肺)获取的器官中的癌症。
然而，从血液中分离循环肿瘤细胞并非易事，因为它们以极少量存在。对于许多癌症，循环细胞以接近每十亿个血细胞一个的水平存在。“一个7.5毫升的血液管，这是一个典型的抽血量，可能有10个癌细胞和35-40亿个血细胞，”Papautsky说。“所以，我们真的在大海捞针。”
微流体技术提供了传统的流体细胞检测方法的替代方案。这些装置或者使用标记物来捕获目标细胞，或者它们利用靶细胞的物理特性 - 主要是大小 - 将它们与流体中存在的其他细胞分开。研究人员开发出这种新设备，使用大小将肿瘤细胞与血液分离。
“使用大小差异来分离流体中的细胞类型要比亲和力分离容易得多，亲和力分离使用'粘性'标签捕获正确的细胞类型，”Papautsky说。“亲和分离还需要大量分离技术不需要的高级纯化工作。”
有趣的是，新的微流体装置利用惯性迁移和剪切诱导扩散的现象，在癌细胞通过塑料中形成的“微通道”时将癌细胞与血液分离。“我们仍在调查这些现象背后的物理特性以及它们在设备中的相互作用，但它根据尺寸的微小差异来分离细胞，这决定了细胞在移动时液体柱内各个位置的吸引力，”Papautsky指出。
令人惊讶的是，当研究人员用10个小细胞肺癌细胞加入5毫升健康血液样本，然后通过他们的设备运行血液时，他们能够使用微流体装置恢复93%的癌细胞。先前开发的用于将循环肿瘤细胞与血液分离的微流体装置具有50-80%的回收率。
此外，当团队运行8个从诊断为非小细胞肺癌的患者采集的血液样本时，他们能够使用微流体装置从六个样本中分离癌细胞。除了设备的高效率和可靠性之外，需要少量稀释的事实是另一个优点。
“无需稀释，运行样品的时间更短，准备时间也更短，”Papautsky总结道。
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