探究微流控技術(shù)在癌細胞標記中的應(yīng)用

全球癌癥報告預(yù)測全球癌癥病例將呈現(xiàn)迅猛增長態(tài)勢，同時指出中國已進入癌癥高發(fā)國家行列，癌癥已成為威脅人類生命的主要病因之一。大量臨床的眾多數(shù)據(jù)證實，癌癥發(fā)病的初期階段其治愈率最高。從而針對癌癥的早期診斷方法研究已成為各國科研工作者重要的關(guān)注點之一。

1 癌細胞早期診斷方式

就早期診斷方式而言，其主要包括：分子診斷法、紅外光譜法、納米技術(shù)診斷法，以及微流控技術(shù)診斷方式。

1.1 分子診斷

分子診斷方法是指通過將分子檢測方式應(yīng)用于生物學(xué)領(lǐng)域，采用對患者體內(nèi)的親子代間遺傳信息物質(zhì)結(jié)構(gòu)來進行診斷的生物技術(shù)，采用該方式可以有效針對癌癥的早期檢測、分類及治療方案制定提供相應(yīng)參考信息。分子診斷癌癥的關(guān)鍵是檢測腫瘤分子標志物，可分為DNA、RNA和蛋白質(zhì)等幾類。主要表現(xiàn)在與正常細胞相比，原癌基因突變、表達量突增或抑制，以及基因甲基化等方面。現(xiàn)階段，分子診斷技術(shù)主要基于基因芯片領(lǐng)域發(fā)展，成本高、相對開發(fā)難度大等問題都成為該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要制約因素。

1.2 紅外光譜法

紅外光譜技術(shù)是一項可實現(xiàn)無損檢測的技術(shù)，通過對比正常組織細胞的光譜圖，來確定病變的部分。不但普遍地用于生物大分子的研究，如蛋白質(zhì)和核酸等，而且可以用于研究更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。從分子水平探討的致癌機理是由于癌變和正常細胞的光譜圖明顯的差異。該方法在分子水平上，針對細胞及組織檢測還需要進一步的自動化。

1.3 納米技術(shù)診斷法

納米材料由于其特殊優(yōu)勢在癌癥的診斷和治療等方面已取得較大研究進展，其主要作用機理為采用一個早期檢測、靶向標記體內(nèi)惡性細胞位置、投遞抗癌藥物，最終確定這些藥物高效性的治療系統(tǒng)。納米藥物具有顆粒小、比表面積大等特性。將納米材料應(yīng)用到癌癥的診斷時，需要解決該技術(shù)的生物相容性以及藥物的靶向性較低的問題。

2 微流控技術(shù)的癌細胞標記應(yīng)用

目前對癌癥的檢查主要是基于單個標志物的檢測，然而多基因的作用結(jié)果導(dǎo)致了腫瘤的發(fā)生。隨著基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展，基于多個分子標志物的診斷分類模型無疑將成為未來癌癥診斷的熱門途徑。近年來發(fā)展的微流控技術(shù)，將其結(jié)合半導(dǎo)體量子點納米技術(shù)用于癌細胞早期診斷具有靈敏度高、試劑消耗少、并行檢測等特點。

2.1 微流控細胞培養(yǎng)

細胞水平的分析是生物學(xué)研究者不可或缺的一部分，與分子水平相比，它要求更少的時間以及勞力，且可以提供更可靠的結(jié)果分析。是細胞操控和分析的有利技術(shù)平臺開展，微流控芯片細胞培養(yǎng)是在片上進行藥物輸送、熒光標記等基礎(chǔ)。微流控細胞培養(yǎng)主要是進行3D培養(yǎng)，3D培養(yǎng)方法可以更好地模擬復(fù)雜的細胞間基質(zhì)的相互作用，使得部分功能與人體原始組織體內(nèi)微環(huán)境非常相像，更有利于相關(guān)的研究。

2.2 微流控-量子點生物標記

熒光分析法是生命科學(xué)領(lǐng)域十分重要的高靈敏度的檢測方法，能夠有效檢測生物體內(nèi)的核酸、多肽等生物分子，提高材料的發(fā)光強度以及穩(wěn)定性，能夠有效提高其檢測的靈敏度。而量子點具有優(yōu)良的光譜特性和穩(wěn)定性，被普遍運用到生命科學(xué)研究的各個領(lǐng)域。有機染料在進行多色分析時，會產(chǎn)生多種信號的交疊現(xiàn)象。而量子點標記法可有效改善此類現(xiàn)象。

Zhang等開發(fā)了一種多核殼結(jié)構(gòu)，具有強熒光的量子點，結(jié)合微流控技術(shù)，進行片上熒光特異性識別以及快速磁響應(yīng)來分選腫瘤靶細胞的功能。外層聚多巴胺既有效緩解了量子點的熒光猝滅，又為核酸提供多功能識別窗口，也降低了非特異性吸附。利用磁特性和特異性識別，改性納米探針用于標記HL-60細胞，并將其從均勻的K562細胞和HL-60細胞混合液中分離出來。結(jié)合微流控芯片的高通量，10分鐘達到了98%的分離效率，與傳統(tǒng)的分離方法相比，有非常明顯的改善。這項研究提出了一個發(fā)展強熒光和磁性納米探針的可控性高度集成的創(chuàng)新微流控平臺，開辟一個用于生物標記和細胞分離的非常有前途的探針。

3 結(jié)束語

利用微流控芯片可以實現(xiàn)細胞的培養(yǎng)與觀察，通過此方式對人體微環(huán)境進行模擬。采用量子點標記結(jié)合微流控通道的方式，可以有效實現(xiàn)人體環(huán)境中癌細胞生長及標記模擬，因此對人體早期癌細胞標記診斷帶來很大的研究價值。隨著微流控技術(shù)的發(fā)展，其在生物標記檢測領(lǐng)域?qū)缪葜鼮橹匾慕巧?/p>