乔治亚理工学院研究生Chia-Heng Chu和助理教授A. Fatih Sarioglu成功利用3D打印的细胞陷阱捕获肿瘤细胞。陷阱捕获白血球并从血样中分离肿瘤细胞。
照片来源：乔治亚理工学院Allison Carter
乔治亚理工学院研究人员正在研究一种快速的低成本方法，以从血液循环系统中分离肿瘤细胞。据乔治亚理工学院研究新闻小组报道，研究人员已成功利用3D打印的细胞陷阱实现这一目标。
据研究人员称，通过捕获白血球（大小相当于癌细胞）并过滤掉较小的红血球，可以成功分离肿瘤细胞；而这一方法将可以用于疾病诊断、早期复发预警和癌症转移过程研究。
“从全血样本中分离循环肿瘤细胞一直是一个巨大挑战，我们需要从数十亿正常红血球和白血球中寻找极为少量的癌细胞。”乔治亚理工学院电子与计算机工程学院(ECE)助理教授A.Fatih Sarioglu表示。“如今有了3D打印设备，我们就可以按照临床实际情况，捕获几乎所有的白血球，然后按大小过滤掉红血球。这样就可以完好无损地获得肿瘤细胞，对其进行测序以确定具体的癌症类型并对各个患者的肿瘤进行表征。”
这项研究已于9月发表在《芯片上的实验室》期刊上，获得了乔治亚理工学院综合癌症研究中心种子基金的资助。
此外，他们还尝试利用微流体技术从血液中提取并捕获循环肿瘤细胞 – 该技术可识别癌细胞表面上的特定标记。但由于癌症会随着时间的推移而发生变化，因此无法准确识别恶性细胞。即使可以捕获肿瘤细胞，也必须在不破坏细胞的前提下，将肿瘤细胞从迂回通路中移除并与抗原分离。
Sarioglu以及包括ECE研究生和第一作者Chia-Heng Chu在内的团队成员决定另辟蹊径，通过3D打印的含抗原的陷阱捕获血样中的白血球。借助3D打印的陷阱，研究人员可以大幅扩大表面积，以在血样中捕获白血球。长达半米的呈锯齿状流体通路显著增加了白血球与通路壁接触的可能性。
“一般的微流体装置只有一层，通路高度为50到100微米，”Sarioglu表示。“它们很厚，但大部分都是空塑料。利用3D打印技术为我们带来了更多可能，我们不必拘泥于单一的通路，而是在三个维度上创建更多通路，更好地利用空间。”
虽然3D打印支持增加通路密度，但这一技术的实现颇具挑战性。早期，微流体装置可以设计具有蚀刻通路以输送血液。而对于逐层制造的3D打印工艺，通路必须填充蜡，以在顶部构建更多通路。迂回的通路结构旨在最大程度地增加细胞壁相互作用，因此几乎无法在制造后将蜡取出。
鉴于这一情况，需要设计适合标准离心机的细胞陷阱，以离心分离样本。在离心机中加热陷阱，然后进行离心，分离熔化的蜡。去除液体蜡后，对通路施加抗原包被。
去除白血球后，使用市售过滤器进行过滤，其中较小的红血球会通过过滤器，而癌细胞以及剩余的白血球将被捕获。之后再从过滤器中取出肿瘤细胞。
该项目旨在用最少的步骤处理血样，以便能够为诊所和医院所用，无需专门的技术人员操作。研究人员指出，较少的处理还可以降低肿瘤细胞受损的风险，最大程度地减少歪曲评估结果的其他细胞变化。
在进行原理测试时，研究人员会在白血球上包被生物素，以加快测试速度。未来，细胞陷阱将采用能够将细胞吸引至通路壁的抗原，无需任何生物素处理步骤。
通过将癌细胞添加到健康人的血液中，研究人员可以测试这一方法。由于已知添加的细胞数量，所以知晓应提取的细胞数量；实验表明，该陷阱可以捕获大约90%的肿瘤细胞。随后对前列腺癌患者的血样进行测试，从10毫升全血样本中分离出肿瘤细胞。
乔治亚理工学院Allison Carter
对前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌的细胞均进行了测试，但Sarioglu认为这一装置可以捕获任何癌症中的循环肿瘤细胞，因为其主要去除血球而非癌细胞。
接下来是要压缩装置中的通路，在不使用生物素的情况下测试白血球的去除，提高白血球提取百分比，连接细胞陷阱以提高捕获能力。
我们希望它可以成为临床医生的辅助工具。”Sarioglu表示。“我们实验室始终秉持这样一种理念，即用简单的装置实现研究的实践应用，为医院、诊所等造福患者的机构提供最大帮助。”
