大量血細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的存在嚴(yán)重影響了惡性胸腹腔積液中惡性腫瘤細(xì)胞檢測的靈敏度。微流控技術(shù)能夠根據(jù)復(fù)雜細(xì)胞群體的物理和生化特性精確分離和富集靶細(xì)胞，具有成本低、操作簡單、精度高、并行處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為基礎(chǔ)生物學(xué)研究和臨床診斷提供了重要的工具。然而，由于惡性胸腹腔積液大體積的處理需求以及白細(xì)胞和惡性腫瘤細(xì)胞之間存在尺寸重疊問題，目前已報(bào)道的主動或被動的微流控技術(shù)無法保證在高通量樣品處理過程中兼顧腫瘤細(xì)胞分離的回收率和純度。

近期，東南大學(xué)項(xiàng)楠教授課題組報(bào)道了一種集成梯形螺旋芯片和免疫磁性芯片的慣性-磁性細(xì)胞分離（IMCS）裝置，用于從惡性胸腹腔積液中惡性腫瘤細(xì)胞的高通量、高回收率和高純度分離，相關(guān)成果以“Inertia-magnetic microfluidics for rapid and high-purity separation of malignant tumor cells”為題發(fā)表在國際化學(xué)權(quán)威雜志Sensors and Actuators: B. Chemical上。文章第一作者為倪陳博士，通訊作者為項(xiàng)楠教授。

該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的IMCS裝置集成了梯形螺旋芯片和免疫磁性芯片，完美地將被動微流控技術(shù)的高通量優(yōu)勢和主動微流控技術(shù)的高精度優(yōu)勢進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，同步提升了惡性腫瘤細(xì)胞分離的回收率和純度。具體而言（見圖1），該團(tuán)隊(duì)首先對臨床樣本進(jìn)行預(yù)處理，裂解樣本中的紅細(xì)胞并對白細(xì)胞進(jìn)行磁珠標(biāo)記；隨后不同尺寸的細(xì)胞在設(shè)計(jì)的梯形螺旋芯片中受到剪切梯度和壁效應(yīng)引起的慣性升力和二次流引起的Dean阻力的聯(lián)合作用下，被分別聚焦至不同的平衡位置，從而實(shí)現(xiàn)對尺寸小于10 μm白細(xì)胞的快速去除；最后大尺寸白細(xì)胞在免疫磁性芯片中磁場作用下逐漸被推離原本的平衡位置，從而實(shí)現(xiàn)與尺寸相近腫瘤細(xì)胞的進(jìn)一步高效分離。針對梯形螺旋芯片和免疫磁性芯片可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分離的不同流速條件，該團(tuán)隊(duì)在表征兩個(gè)芯片最佳流速范圍后，通過設(shè)計(jì)添加流阻芯片來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)分選芯片的高性能集成。

圖1 IMCS裝置的工作流程的示意圖，該裝置用于從大體積惡性胸腹腔積液中惡性腫瘤細(xì)胞的高通量、高回收率和高純度分離

基于穩(wěn)定運(yùn)行的IMCS裝置，該團(tuán)隊(duì)分別對A549、MCF-7和MDA-MB-231細(xì)胞進(jìn)行了與白細(xì)胞混合后的分離測試（見圖2）。研究表明，不同種類的腫瘤細(xì)胞均可實(shí)現(xiàn)與白細(xì)胞的高效分離，該裝置可以在3.2 mL/min的處理通量下快速實(shí)現(xiàn)對腫瘤細(xì)胞高回收率（> 90%）和高純度（> 70%）的分離。最后，該團(tuán)隊(duì)將開發(fā)的IMCS裝置運(yùn)用于臨床惡性胸腹腔積液中稀有惡性腫瘤細(xì)胞的富集和純化（見圖3），實(shí)現(xiàn)了對惡性腫瘤細(xì)胞平均純度高達(dá)70.52%的有效分離，純化后的樣品可直接用于惡性腫瘤細(xì)胞的體外培養(yǎng)、藥敏試驗(yàn)、基因測序等生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。臨床實(shí)驗(yàn)證明了該裝置對促進(jìn)癌癥診斷和藥物研究具有潛力。

圖2 （A）芯片出口處的細(xì)胞分布圖像；（B）收集液中明場和熒光顯微圖像；不同腫瘤細(xì)胞濃度的分選性能表征：（C）~ 10? cells/mL；（D）~ 103 cells/mL

圖3 惡性胸腹腔積液中惡性腫瘤細(xì)胞高純度分選的臨床試驗(yàn)結(jié)果

相比于使用單一技術(shù)的傳統(tǒng)微流控裝置，該研究工作結(jié)合了基于尺寸的被動分離技術(shù)和基于免疫磁珠的主動技術(shù)的優(yōu)勢，可以在高通量條件下精確地從尺寸相似的白細(xì)胞中分離稀有惡性腫瘤細(xì)胞。該裝置有望提高大體積惡性胸腹腔積液中細(xì)胞學(xué)檢查的靈敏度和效率。

審核編輯：劉清