微流体芯片声波分离肿瘤细胞
——从血细胞中分离出肿瘤细胞的声学装置有助于评估癌症的扩散情况
插图由MIT的Christine Daniloff提供
由于细胞是从左至右经信道通过，所以这种微流体装置可以利用声波来分选细胞。 本图片由研究人员提供 来自MIT，宾夕法尼亚州立大学和卡内基梅隆大学的研究人员发明了一种新的细胞分选方式，即当细胞流向微小信道时，使用声波来分离它们。该装置只有一角钱硬币的大小，可以用来检测癌症患者血液中极为罕见的肿瘤细胞，并帮助医生预测肿瘤是否会扩散。 现有的细胞分选技术，或需要使用化学物质来标记细胞，或需要通过强力来分离，这些都可能造成细胞的损坏，而有声分选细胞则提供了一个更加温和的方式来替代现有的分选技术。 “声压十分温和，其力量和干扰对细胞而言小得多。这是分选细胞最柔和的一种方式，而且也不必人为的标记。”本周出现在美国国家科学院学报上的资深作家之一，MIT材料科学与工程学院，主要研究员Ming Dao说。 卡内基梅隆的校长Subra Suresh、工程名誉教授以及MIT的工程前院长Vannevar Bush和宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学的教授Tony Jun Huang，都是该学报的资深作家。该学报的主要撰稿人是MIT博士后Xiaoyun Ding，和现任Notre Dame大学助理教授的前MIT博士后Zhangli Peng。 研究人员已经为该装置申请了专利，这项技术也已经证实可以从白细胞中分离出罕见的循环肿瘤细胞。 为了利用声波来分选细胞，科学家先前已经建立了微流控装置，该装置有两个声换能器，可对微通道的两侧产生声波。当两列波相遇时，会叠加形成一个驻波（即保持在恒定的位置波）。这个驻波产生的压力节点，或低压线，平行于细胞的流动方向。遇到这个节点的细胞被推向通信道的一侧；细胞移动的距离取决于它们的大小和其他特性（例如可压缩性）。 然而，现有的装置效率低下：由于仅一个压力节点，所以细胞只能被推离一段较短的距离。 新装置通过倾斜声波，使得细胞以某个角度穿过微通道，从而克服了这一障碍——这意味着每个细胞在流经信道过程中能遇到多个压力节点。每遇到一个节点，压力都将细胞向远离中心的方向再稍微推离一段距离，从而使得在细胞到达信道终点之前，更容易捕获不同尺寸的细胞。
这个简单的改进显著提高了这种装置的效率，Illinois 大学Urbana-Champaign分校机械工程学院的Taher Saif教授说到。“这仅仅是让不同尺寸和性能的细胞彼此分离，却不会对它们造成任何损害，”并未参与这项工作的Saif如是说。 在这项研究中，研究人员首先用塑料微粒对系统进行了测试，测试发现该系统可以分选出直径分别为9.9微米（千分之一毫米）和7.3微米的微粒，准确率约为97％。他们还设计了一个计算机仿真实验，根据细胞自身的大小、密度和可压缩性来预测细胞通过信道时的轨迹，同时根据声波的角度，让装置自主分选不同类型的细胞。 为了测试该装置对于检测循环肿瘤细胞是否有效，研究人员试图从白细胞中将名为MCF-7的乳腺癌细胞分离出来。这两种细胞有着不同的尺寸（MCF-7直径为20微米，白血细胞直径为12微米）、密度以及可压缩性。该装置成功地回收了约71％的癌细胞；研究人员计划使用该装置来检测癌症患者的血液样本，来查看它在临床上怎样检测循环肿瘤细胞。这种细胞非常罕见：1毫升的血液样本可能仅含有几个肿瘤细胞。 “如果能检测到这些罕见的循环肿瘤细胞，这将是研究癌症生物学和诊断原发癌是否已经扩散到新的脏器，并生成转移性肿瘤的一个好方法，”Dao说。“这种方法是检测体内循环肿瘤细胞的一个进步。它向癌症研究人员，临床医生和患者提供了一种安全、有效、有潜力的新工具，” Suresh说。 该研究由国家健康研究中心与美国国家科学基金会提供资金支持。
原文链接：http://newsoffice.mit.edu/2014/sorting-cancer-cells-with-sound-0825 本文版权属于研发埠所有，如需转载请注明出处！ 更多精彩内容请戳↓↓↓
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