一種整合型的微流控芯片新設(shè)計

2020年11月，北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國家重點實驗室楊根研究組與定量生物中心羅春雄研究組在《Lab on a Chip》以正封面發(fā)表題為“A novel microfluidic device integrating focus-separation speed reduction design and trap arrays for high-throughput capture of circulating tumor cells”的研究論文，實現(xiàn)了快速高效和高純度的從癌癥患者血液中分離循環(huán)腫瘤細胞（Lab Chip 20: 4094-4105, 2020）。

芯片的整體示意圖

癌癥從發(fā)生到臨床發(fā)現(xiàn)往往需要10年的時間，癌癥治療的根本途徑是早期發(fā)現(xiàn)或者對已轉(zhuǎn)移瘤能有效治療。循環(huán)腫瘤細胞（circulating tumor cells, CTC）是指從原位瘤脫落下來進入到循環(huán)系統(tǒng)的腫瘤細胞。作為精準醫(yī)療和液態(tài)活檢核心靶標的CTC，不僅可用于癌癥轉(zhuǎn)移前的早期篩查，而且在臨床腫瘤的分期、預(yù)后、特異性藥物篩選、療效檢測、治療和復(fù)發(fā)監(jiān)測等方面都具有極其重要的臨床應(yīng)用價值。然而由于CTC在血液中數(shù)量極其稀少（約1-100個/mL），其高效高準確捕獲一直是前沿科學(xué)難題和臨床應(yīng)用的關(guān)鍵障礙。

楊根課題組與羅春雄研究組密切合作，提出了一種整合型的微流控芯片新設(shè)計，將基于流線的降速結(jié)構(gòu)和基于過濾的捕獲結(jié)構(gòu)進行整合，能在很大流速范圍內(nèi)（5-40 mL/h）都實現(xiàn)高效率（高達94.8%）和高純度捕獲（4log 白細胞去除率）。課題組也與山東齊魯醫(yī)院濟寧分院進行了臨床雙盲實驗，對11例肺癌、乳腺癌和肝癌患者血液中的CTC進行了雙盲檢測，檢出率高達100%，其中CTC個數(shù)從6-117個/mL不等，平均值31個/mL，中位數(shù)25個/mL。由于該芯片具有成本低，方便快速，效率高，對操作條件不敏感魯棒性好等特點，非常適合大規(guī)模臨床應(yīng)用。目前該微流控芯片已申請國內(nèi)專利和國際專利各一項。

北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國家重點實驗室的17級博士生蘆春洋和物理學(xué)院17級碩士生許健為該文的第一作者，核物理與核技術(shù)國家重點實驗室的楊根副教授和物理學(xué)院羅春雄教授為本文的共同通訊作者，其他參與人還包括核物理與核技術(shù)國家重點實驗室的王宇鋼教授、北京大學(xué)物理學(xué)院歐陽頎院士，以及物理學(xué)院博士生韓錦濤和李曉等。該工作獲得了國家自然科學(xué)基金重點和面上項目等的資助和支持。

楊根研究組一直圍繞癌癥診斷和治療的核心科學(xué)問題持續(xù)進行研究。涉及基于激光脈沖質(zhì)子加速器研究FLASH超高劑量率放療的基礎(chǔ)生物物理過程（Frontiers in Cell and Developmental Biology, Accepted, 2021）；揭示了癌干細胞（Cancer Science 111: 467-476, 2020；封面）、細胞外環(huán)境（Biotechnic & Histochemistry 95: 605-612, 2020；Biomedical Microdevices 22: 40-47, 2020）和細胞內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)（Science China Life Sciences 63: 825-834, 2020）在癌癥轉(zhuǎn)移等過程中的關(guān)鍵作用；應(yīng)邀總結(jié)和展望了基于CTC的新型POC癌癥診斷策略（Sensors 20, 6073; doi:10.3390/s20216073, 2020）；針對間皮素陽性的實體瘤（胰腺癌、間皮癌、卵巢癌、肺腺癌和三陰性乳腺癌），開發(fā)了基于抗體和放射性alpha核素At-211的特異性治療偶聯(lián)物（Journal of Radiation Research 61: 684-690, 2020）和基于正電子核素Cu-64/I-124的特異性顯像探針（Molecular Pharmaceutics 17, 1875-1883, 2020，封面文章）。

責(zé)任編輯：lq