惡性腫瘤已成為我國死亡率最高的重大疾病之一，90%以上的腫瘤病人死亡是因為腫瘤的轉移和復發。

因此，一些學者對這一疾病的發生、發展進行了研究，早在1896年，Ashworth提出了循環腫瘤細胞的概念，循環腫瘤細胞（CTCs）指從原位腫瘤病灶脫落，侵襲并進入外周血液循環系統的腫瘤細胞，該細胞被認為是腫瘤轉移的必要前提。然而，外周血中CTCs數量極少，如何捕獲它們就成為了挑戰。

近期，荷蘭埃因霍溫科技大學的研究人員通過引入一種新型高效的基于微柱陣列的微流控芯片，實現了癌癥患者血液中CTCs的有效分離。

為了達到CTCs分離的最大效率并提高捕獲純度，研究人員探究了微柱的幾何形狀和模式對癌細胞分離的影響。首先，研究人員將微柱設計成圓形、矩形、三角形和菱形等四種不同的幾何形狀，并用COMSOL Multiphysics模擬了微柱排列的影響。

圖1 不同幾何形狀的微流控芯片

結果表明，柱間距離相同的芯片上方的總壓降要高于柱間距離逐漸減小的芯片。相應地，在這種狀態下，細胞承受的壓力更大、破裂的風險更高，且細胞活力更低。

在此基礎上，研究人員進一步探討了流速和壓力對柱間距離逐漸減小的芯片的影響，發現細胞的生存能力主要取決于微柱的幾何形狀。



圖2 不同幾何形狀的微流控芯片內流體壓力和速度的數值模擬結果

CTCs分離具有許多性能特征，包括捕獲效率、富集因子和細胞活力。為了驗證所制造的芯片可以有效分離不同癌癥細胞CTCs，研究人員使用了兩種癌細胞系測試了芯片的性能，一種是前列腺癌細胞系PC3，另一種是乳腺癌細胞系MDA-MB-231。結果表明，菱形微流控芯片具有更好的分離性能，其捕獲效率大于85%，純度大于90%，且分離細胞存活率高達97%。

圖3 基于不同癌癥細胞評估不同類型的微流控芯片性能

最后，研究人員還利用12名乳腺癌患者的血液樣本對所設計的微流控芯片的CTCs檢測性能進行了驗證。

結果證明，所設計的微流控芯片檢測到的CTC數值與患者的乳腺癌進展之間具有明確的相關關系，顯示出良好的監測癌癥發展進程和輔助癌癥個性化治療的潛力。

圖4 乳腺癌患者循環腫瘤細胞（CTCs）的檢測與計數

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.jare.2022.08.005






審核編輯：劉清