隨著人類社會現代化高速發展，由于各種原因導致的癌癥已經成為嚴重危害健康的頭號殺手，下圖為2018年統計數據。因此對癌細胞的早期篩查和前期診斷是保障患者生命安全的重要手段，現在常用的組織活檢存在取樣困難，代表性差以及并發癥高的風險，而影像學和血清檢測又不夠靈敏。于是，基于循環腫瘤細胞（CTCs）液體活檢的光流控流式細胞術由于分子信息全面、采樣方便、侵入小、無放射性污染、成本低等優點成為了最具潛力的檢測手段。下面小編就來帶你了解一下光流控流式細胞術。

首先，什么是CTCs?

循環腫瘤細胞這一概念于1869年阿什沃斯醫生提出，通俗的講這一概念指的是腫瘤細胞從腫瘤母體脫離并以體液（一般為外周血）為傳播手段進行轉移擴散，其中部分腫瘤細胞可能會在此過程中凋亡，但也有部分腫瘤細胞存活成為惡性腫瘤，導致患者死亡，轉移過程如下圖。

然后，什么是CTCs檢測？

CTCs檢測技術大致包括密度梯度離心法、過濾法、免疫磁性分離、Cell Collectors、流式細胞檢測技術這幾種。我將簡單介紹這幾種。密度梯度離心法利用腫瘤細胞和紅細胞密度不同的特點采用離心分離將腫瘤細胞置于分離液上層，雖然操作簡單但是對血液樣品質量要求高且準確性也不理想。過濾法采用直徑很小的濾膜將腫瘤細胞滯留分離，雖然不依賴于細胞特異性標記但是也存在漏檢的風險。免疫磁性分離是以含有特異性抗體的磁珠與含有表面特異性抗原的腫瘤細胞結合，在磁場的作用下與磁珠結合的腫瘤細胞被暫時吸引，從而與其他細胞分離，而達到特異性分離，分離效果很好但極度依賴特異性抗原。Cell Collectors是利用功能結構針插入病人靜脈30分鐘進行CTCs分離，針上帶有抗體可以識別分離腫瘤細胞表面抗原，但是此方法具有侵入性。然后是流式細胞術，流式細胞術可對經熒光染色或標記的腫瘤細胞進行測量和篩選，此方式常用的工具為流式細胞儀，但傳統的流式細胞儀由于對精度的要求導致測試的時間長達24小時甚至更久，因此科學家們提出了一種改進的方式，即為光流控流式細胞術的技術，此技術分為光流控和流式細胞術兩部分。
什么是光流控技術？
光流控作為一項將光學與微流控芯片相結合的新技術，可以將細胞操縱和光學檢測等過程集合在一塊芯片上完成，是一種細胞學實驗技術。2019年 巴沙爾·哈姆扎等人首先將光流控系統應用于實驗，以30ml/min的速度從小鼠體內抽取血液并利用微流控芯片對血液中CTCs進行檢測與篩選。能夠較為快速地檢測分離出CTCs，并可將得到的CTCs進行后續分析。效果如下圖。

盡管這一技術較之傳統CTCs檢測有著巨大優勢，但是由于微流控芯片自身功能限制的原因使得此技術只能獲取部分CTCs從而導致無法分析腫瘤細胞集群間差異，而且此技術過程復雜，對于光學部分也有著較高要求。

對于前者我們只能要求微流控芯片的設計和制作能夠精益求精，技術過程復雜可通過合理的規劃施予減輕，這里我們主要談談光流控流式細胞術的光學檢測模塊。山東師范大學研究團隊們搭建了一種高效的光學模塊，光學檢測模塊是對CTCs進行靈敏性高、取樣參數多、實時高通量單細胞表征與分型計數檢測細胞熒光信息的識別及特征分析、檢測結果的統計與分析。在該檢測模塊中，488nm和638nm雙波長激光器（L6C-488/638-150-023，法國Oxxius公司）發出的合束激光（如果覺得雙激光器光路搭建繁瑣，也可使用法國oxxius公司多波長合束激光器）通過擴束準直組件、全反射鏡M1、多截止波長二向色鏡MDM和反射鏡M2后形成平行光束進入鏡物OB（20x，NA為0.42），由物鏡OB聚焦到焦平面上，在距離十字交叉口下方3mm處的檢測通道中心形成一個直徑約20μm的近圓形檢測區域，以激發流經檢測區域的細胞產生熒光和散射光。檢測區域的熒光被同一物鏡收集后形成平行光束透過全反射鏡M2反射和多邊緣分色分光器（透射率>93%）透過后，到達分光鏡 DM1（透射率>95%），因此物鏡收集到的熒光約90% x 93%≈86%進入熒光檢測通道。被多邊緣分色分光器透射的熒中，綠色熒光被二色分光鏡DM1反射至熒光檢測通道1（APD1），透過二色分光鏡DM1的黃色熒光被DM2反射至熒光檢測通道2（APD2），透過DM2紅色熒光則被二色分光鏡DM3反射至熒光檢測通道3（APD3），而透過DM3的近紅外熒光則被投射到熒光檢測通道4（APD4）。綠色熒光檢測通道入口處放置了濾光片F1，只有波長范圍510–530nm之間的光可以通過；黃色熒光檢測通道入口處放置了濾光片F1，只有波長范圍在560–590nm之間的光可以通過；紅色熒光檢測通道入口出放置了濾光片F3，只有波長范圍在650-690nm的光可以通過；近紅外熒光檢測通道入口出放置了濾光片F4，只有波長范圍在700-740nm的光可以通過。濾光片可以過濾掉絕大部分雜散光；而位于針孔（P1-4）前150mm處的透鏡AL1-3將原來的平行光線匯聚到針孔處,消除了非共焦位置產生的熒光等。緊貼著針孔（P1-4）處放置了單光子計數的雪崩光電二極管模塊APD，這樣可以非常靈敏地將接收到的熒光轉換成電壓信號。如下圖。

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審核編輯：符乾江