3-D打印設(shè)備通過(guò)去除干草來(lái)發(fā)現(xiàn)大海撈針癌細(xì)胞

在患者樣本中的數(shù)十億個(gè)血細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)少量癌細(xì)胞，就像在大海撈針中找到一根針一樣。在通過(guò)3D打印的細(xì)胞陷阱實(shí)現(xiàn)的新方法中，研究人員正在清除干草以暴露癌細(xì)胞。

誘捕白血細(xì)胞哪位是關(guān)于大小癌細(xì)胞 -and過(guò)濾掉更小的紅血細(xì)胞離開背后的腫瘤細(xì)胞，它可以被用來(lái)診斷疾病，可能提供復(fù)發(fā)的早期預(yù)警，使研成癌癥轉(zhuǎn)移過(guò)程。這項(xiàng)由佐治亞理工學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的工作可以通過(guò)允許快速低成本地分離血液中循環(huán)的腫瘤細(xì)胞來(lái)推進(jìn)個(gè)性化癌癥治療的目標(biāo)。

佐治亞理工學(xué)院電氣學(xué)院助理教授A. Fatih Sarioglu說(shuō)：“從全血樣品中分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀冋趯ふ疑贁?shù)混合有數(shù)十億正常紅細(xì)胞和白細(xì)胞的癌細(xì)胞。”和計(jì)算機(jī)工程(ECE)。“使用這種設(shè)備，我們可以通過(guò)捕獲幾乎所有的白細(xì)胞然后按大小過(guò)濾掉紅細(xì)胞來(lái)處理與臨床相關(guān)的血液量。這留下了未受損的腫瘤細(xì)胞，可以對(duì)其進(jìn)行測(cè)序以確定特異性癌癥類型和每個(gè)患者腫瘤的獨(dú)特特征。”

該研究于9月20日在《芯片實(shí)驗(yàn)室》上發(fā)表，并得到佐治亞理工大學(xué)綜合癌癥研究中心的種子資助。

捕獲循環(huán)腫瘤細(xì)胞的其他嘗試已嘗試使用識(shí)別癌細(xì)胞上特定表面標(biāo)志物的微流技術(shù)從血液中提取出來(lái)。但是由于癌癥會(huì)隨著時(shí)間而改變，因此無(wú)法確定地識(shí)別惡性細(xì)胞。即使可以捕獲腫瘤細(xì)胞，也必須將腫瘤細(xì)胞從裝置中的circuit回通道中移出并與抗原分離，而不會(huì)造成損害。

研究生Chia-Heng Chu在佐治亞理工學(xué)院的助理教授A. Fatih Sarioglu的實(shí)驗(yàn)室中調(diào)整了3D打印的細(xì)胞阱。捕集阱捕獲白細(xì)胞以從血液樣本中分離出腫瘤細(xì)胞。圖片提供：佐治亞理工學(xué)院的Allison Carter

Sarioglu和合作者，包括ECE研究生和第一作者Chia-Heng Chu，決定采用另一種方法，建立3D打印的，帶有抗原的陷阱，以捕獲樣品中的白細(xì)胞。3-D打印陷阱使研究人員能夠大大擴(kuò)展表面積，以捕獲白血球在血液樣本中經(jīng)過(guò)時(shí)捕獲的白血球。呈鋸齒狀的流體通道(長(zhǎng)達(dá)半米)會(huì)增加每個(gè)白細(xì)胞與通道壁接觸的可能性。

Sarioglu說(shuō)：“通常的微流體裝置只有一層，通道高度為50至100微米。” “它們很厚，但大多數(shù)只是空塑料。使用3D打印可以使我們從單個(gè)通道中解放出來(lái)，并允許我們?cè)谌S中創(chuàng)建許多通道，從而更好地利用空間。”

雖然3D打印允許增加通道密度，但這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。較早的微流體裝置可以設(shè)計(jì)成具有蝕刻通道來(lái)運(yùn)送血液。但是對(duì)于逐層制造的3D打印過(guò)程，通道必須填充蠟，以允許在其頂部構(gòu)建更多通道。彎曲的通道結(jié)構(gòu)旨在最大程度地增強(qiáng)細(xì)胞壁相互作用，因此幾乎不可能在制造后將蠟取出。

解決方案是設(shè)計(jì)適合標(biāo)準(zhǔn)離心機(jī)的細(xì)胞阱，以離心分離樣品。捕集阱在離心機(jī)中加熱，然后旋轉(zhuǎn)以使熔化的蠟逸出。除去液體蠟后，通道接受了抗原涂層。

除去白細(xì)胞后，較小的紅細(xì)胞通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的商業(yè)過(guò)濾器，該過(guò)濾器會(huì)捕獲癌細(xì)胞和任何剩余的白細(xì)胞。然后可以從集成在3-D打印設(shè)備中的過(guò)濾器中取出腫瘤細(xì)胞。

喬治亞理工學(xué)院的研究生Chia-Heng Chu和助理教授A. Fatih Sarioglu檢查了使用3D打印細(xì)胞陷阱捕獲的腫瘤細(xì)胞。捕集阱捕獲白細(xì)胞以從血液樣本中分離出腫瘤細(xì)胞。圖片提供：佐治亞理工學(xué)院的Allison Carter

該項(xiàng)目的目標(biāo)是使血樣的處理最少，從而使該過(guò)程可用于診所和醫(yī)院，而無(wú)需專門的技術(shù)人員。較少的處理還可以減少損壞腫瘤細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn)，并最大程度地減少可能使評(píng)估結(jié)果偏斜的其他細(xì)胞變化。

作為原理驗(yàn)證測(cè)試的一部分，研究人員在白細(xì)胞上涂了生物素，以加快測(cè)試速度。未來(lái)的細(xì)胞陷阱將使用旨在將細(xì)胞吸引至通道壁的抗原，而無(wú)需生物素處理步驟。

研究人員通過(guò)將癌細(xì)胞添加到健康人的血液中來(lái)測(cè)試他們的方法。因?yàn)樗麄冎酪砑佣嗌賯€(gè)細(xì)胞，所以他們可以告訴他們應(yīng)該提取多少個(gè)細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)表明該陷阱可以捕獲大約90%的腫瘤細(xì)胞。隨后對(duì)前列腺癌患者的血液樣本進(jìn)行測(cè)試，從10毫升全血樣本中分離出腫瘤細(xì)胞。

測(cè)試包括前列腺癌，乳腺癌和卵巢癌的細(xì)胞，但Sarioglu認(rèn)為該設(shè)備將捕獲任何類型癌癥中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，因?yàn)槠淝宄龣C(jī)制主要針對(duì)血細(xì)胞而不是癌細(xì)胞。

下一步將是縮小設(shè)備中的通道，在不使用生物素的情況下測(cè)試白細(xì)胞的去除，提高白細(xì)胞提取的百分比，并連接細(xì)胞捕獲器以增加捕獲能力。

Sarioglu說(shuō)：“我們希望這確實(shí)將成為臨床醫(yī)生的輔助工具。” “在我們的實(shí)驗(yàn)室中，思維定勢(shì)始終是通過(guò)使該設(shè)備簡(jiǎn)單到足以在醫(yī)院，診所和其他有助于診斷患者疾病的設(shè)施中使用的設(shè)備來(lái)轉(zhuǎn)變我們的研究。”