陈艳团队等研发出循环肿瘤/融合细胞无标记分选的新型微流控技术

coco2017

近日，中国科学院深圳先进技术研究院(简称“深圳先进院”)医工所微纳中心的陈艳团队在肿瘤液体活检领域取得重要进展，研发了一种创新的微流控技术，能够同时分选癌症患者外周血中的循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells, CTCs)和循环融合细胞(Circulating fusion cells, CFCs)，可以一步式从全血样品中分离出高纯度、高活性的CTCs和CFCs，并完成高通量单细胞转录组测序分析。相关研究成果以Cascaded filter deterministic lateral displacement microchips for isolation and molecular analysis of circulating tumor cells and fusion cells为题发表在微流控领域顶尖期刊Lab on a Chip上。深圳市瑞格生物科技的刘宗彬博士、深圳市第二人民医院的刘爱学主任、深圳先进院的陈艳研究员为论文的共同通讯作者。

应用于循环肿瘤/融合细胞无标记分选的微流控芯片

　　一个世纪以前，德国病理学家Otto Aichel发现肿瘤细胞可以和免疫细胞融合，形成的融合细胞同时具备免疫细胞运动能力和肿瘤细胞的成瘤能力，更容易通过循环系统在体内扩散转移，但由于技术手段的限制，这类融合细胞很难分选出来，无法做更深入的分析。
　　在本研究中，研究人员提出“过滤式确定性侧向位移”(filter-DLD)的创新概念，通过微纳结构设计和有限元多物理场分析，构建了一种流体力学新结构，可实现细胞运动轨迹精准操控。这种结构不但比传统设计具有更低的临界细胞分离尺寸，而且对血液中占比最多的红细胞有极好的过滤效果。研究人员同时利用创新的流体力学结构，将filter-DLD结构整合成高度集成的级联式芯片(CFD-Chip)，一方面大大提升了样品分离的通量，另一方面通过不同微结构的组合实现CTCs和CFCs的高效分选：捕获效率>96%，极高的纯度 (白细胞去除率99.995%)，高活性(>98%)。因此，CFD-chip在循环稀有细胞的分选中展示出极其优越的性能。微流控芯片无标记分选的便捷流程以及全血样本的处理模式，为肿瘤液体活检的临床推广提供了科研利器。
　　研究人员使用CFD-Chip分析了近百例临床肺癌患者的样本，高效收集了CTCs，并鉴定了一种新的CTC亚群：肿瘤细胞-白细胞融合细胞(CFCs)，CFCs同时表达肿瘤细胞和白细胞marker。患者样品中CTCs水平的变化，可以有效地应用于治疗效果的评估和病情的动态监测。由于从CFD-Chip平台获取的肿瘤细胞具有极高的活性，可以直接用高通量单细胞RNA测序进行下游分析，结果显示肺癌病人外周血中存在比CTCs数量更多的CFCs细胞。CFCs有望揭示肿瘤演化和转移的新机制，为肿瘤早期诊断、预后判断、疗效监控、复发预测提供一种新型标志物。
　　该研究工作得到了国家自然科学基金、中科院青年创新促进会和广东省、深圳市等科技项目的资助。


　　论文链接  ：https://pubs.rsc.org/en/content/ ... 2021/lc/d1lc00360g/


       文章来源：深圳先进院
       陈艳，博士，研究员。2008年在美国加州理工学院获得生物工程博士学位，2009年至2010年在美国普林斯顿大学从事博士后研究工作。主要致力于新型微流控芯片在生化分析中的应用，微流控光学生物传感器件以及前沿微纳纳制造工艺的研究。主持和参与多个基金研究项目，其中包括美国国家科学基金会(NSF)，美国国立卫生研究院(NIH)，和美国国立人类基因组研究所(NHGRI)项目。已在重要国际学术期刊和国际会议上发表论文十余篇，并受邀参与多本学术专著的撰写，其研究成果被NaturePhotonics，Chemicalbiology等杂志广泛报道和评论。