3-D打印設備通過去除干草來發(fā)現大海撈針癌細胞

在患者樣本中的數十億個血細胞中發(fā)現少量癌細胞，就像在大海撈針中找到一根針一樣。在通過3D打印的細胞陷阱實現的新方法中，研究人員正在清除干草以暴露癌細胞。

誘捕白血細胞哪位是關于大小癌細胞 -and過濾掉更小的紅血細胞離開背后的腫瘤細胞，它可以被用來診斷疾病，可能提供復發(fā)的早期預警，使研成癌癥轉移過程。這項由佐治亞理工學院的研究人員領導的工作可以通過允許快速低成本地分離血液中循環(huán)的腫瘤細胞來推進個性化癌癥治療的目標。

佐治亞理工學院電氣學院助理教授A. Fatih Sarioglu說：“從全血樣品中分離循環(huán)腫瘤細胞一直是一個挑戰(zhàn)，因為我們正在尋找少數混合有數十億正常紅細胞和白細胞的癌細胞。”和計算機工程(ECE)。“使用這種設備，我們可以通過捕獲幾乎所有的白細胞然后按大小過濾掉紅細胞來處理與臨床相關的血液量。這留下了未受損的腫瘤細胞，可以對其進行測序以確定特異性癌癥類型和每個患者腫瘤的獨特特征。”

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

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

研究生Chia-Heng Chu在佐治亞理工學院的助理教授A. Fatih Sarioglu的實驗室中調整了3D打印的細胞阱。捕集阱捕獲白細胞以從血液樣本中分離出腫瘤細胞。圖片提供：佐治亞理工學院的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胞。3-D打印陷阱使研究人員能夠大大擴展表面積，以捕獲白血球在血液樣本中經過時捕獲的白血球。呈鋸齒狀的流體通道(長達半米)會增加每個白細胞與通道壁接觸的可能性。

Sarioglu說：“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，但大多數只是空塑料。使用3D打印可以使我們從單個通道中解放出來，并允許我們在三維中創(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，但這是一個巨大的挑戰(zhàn)。較早的微流體裝置可以設計成具有蝕刻通道來運送血液。但是對于逐層制造的3D打印過程，通道必須填充蠟，以允許在其頂部構建更多通道。彎曲的通道結構旨在最大程度地增強細胞壁相互作用，因此幾乎不可能在制造后將蠟取出。

解決方案是設計適合標準離心機的細胞阱，以離心分離樣品。捕集阱在離心機中加熱，然后旋轉以使熔化的蠟逸出。除去液體蠟后，通道接受了抗原涂層。

除去白細胞后，較小的紅細胞通過一個簡單的商業(yè)過濾器，該過濾器會捕獲癌細胞和任何剩余的白細胞。然后可以從集成在3-D打印設備中的過濾器中取出腫瘤細胞。

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

該項目的目標是使血樣的處理最少，從而使該過程可用于診所和醫(yī)院，而無需專門的技術人員。較少的處理還可以減少損壞腫瘤細胞的風險，并最大程度地減少可能使評估結果偏斜的其他細胞變化。

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

研究人員通過將癌細胞添加到健康人的血液中來測試他們的方法。因為他們知道要添加多少個細胞，所以他們可以告訴他們應該提取多少個細胞，實驗表明該陷阱可以捕獲大約90%的腫瘤細胞。隨后對前列腺癌患者的血液樣本進行測試，從10毫升全血樣本中分離出腫瘤細胞。

測試包括前列腺癌，乳腺癌和卵巢癌的細胞，但Sarioglu認為該設備將捕獲任何類型癌癥中的循環(huán)腫瘤細胞，因為其清除機制主要針對血細胞而不是癌細胞。

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

Sarioglu說：“我們希望這確實將成為臨床醫(yī)生的輔助工具。” “在我們的實驗室中，思維定勢始終是通過使該設備簡單到足以在醫(yī)院，診所和其他有助于診斷患者疾病的設施中使用的設備來轉變我們的研究。”