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

在患者樣本中的數(shù)十億個血細(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3D打印的細(xì)胞陷阱實現(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)移過程。這項由佐治亞理工學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的工作可以通過允許快速低成本地分離血液中循環(huán)的腫瘤細(xì)胞來推進(jìn)個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：“從全血樣品中分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞一直是一個挑戰(zhàn)，因為我們正在尋找少數(shù)混合有數(shù)十億正常紅細(xì)胞和白細(xì)胞的癌細(xì)胞。”和計算機工程(ECE)。“使用這種設(shè)備，我們可以通過捕獲幾乎所有的白細(xì)胞然后按大小過濾掉紅細(xì)胞來處理與臨床相關(guān)的血液量。這留下了未受損的腫瘤細(xì)胞，可以對其進(jìn)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(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。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(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的實驗室中調(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展表面積，以捕獲白血球在血液樣本中經(jīng)過時捕獲的白血球。呈鋸齒狀的流體通道(長達(dá)半米)會增加每個白細(xì)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(shù)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(shè)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(gòu)建更多通道。彎曲的通道結(jié)構(gòu)旨在最大程度地增強細(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)計適合標(biāo)準(zhǔn)離心機的細(xì)胞阱，以離心分離樣品。捕集阱在離心機中加熱，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)胞通過一個簡單的商業(yè)過濾器，該過濾器會捕獲癌細(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

該項目的目標(biāo)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(shù)人員。較少的處理還可以減少損壞腫瘤細(xì)胞的風(fēng)險，并最大程度地減少可能使評估結(jié)果偏斜的其他細(xì)胞變化。

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

研究人員通過將癌細(xì)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(xì)胞，所以他們可以告訴他們應(yīng)該提取多少個細(xì)胞，實驗表明該陷阱可以捕獲大約90%的腫瘤細(xì)胞。隨后對前列腺癌患者的血液樣本進(jìn)行測試，從10毫升全血樣本中分離出腫瘤細(xì)胞。

測試包括前列腺癌，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，因為其清除機制主要針對血細(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：“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(shè)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(shè)施中使用的設(shè)備來轉(zhuǎn)變我們的研究。”