[发明专利]一种微流控芯片及利用其捕获循环肿瘤细胞的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片以及医疗检测技术领域，尤其涉及一种微流控芯片及利用其捕获循环肿瘤细胞的方法。

背景技术

随着社会的进步，生命健康的问题也日益引起人们的重视。而癌症则是影响人类生命健康的一个重大的难题。如何攻克这一难题使得人们就像对待感冒一样对待癌症是人类孜孜以求的主题和努力寻求的方向。传统的手术，化疗，放疗的方法成本高，费时，复杂，给病人带来较大痛苦。循环肿瘤细胞(CTCs)是肿瘤转移过程中血液循环系统中存活的肿瘤细胞。循环肿瘤细胞(CTCs)检测有助于早期发现肿瘤的微转移。并且CTCs的数目与癌症的严重程度有着密切的联系。

微流控芯片则具有体积小，成本低，所需样品的量少的特点，是一种低成本，高速度，高通量研究CTCs的可行方法，是一种非侵入性的新型诊断工具。现有的利用微流控芯片研究CTCs的捕获分离方法可分为两类：

(1)第一类利用亲和性(Affinicity reaction)原理进行细胞的捕获与分离，该方法依赖于在微流控芯片的内部的微通道或微结构上修饰能够与细胞表面抗原结合的特异性抗体如anti-EpCAM。45岁之前，超过90％的肿瘤均源于上皮细胞。但在不同的肿瘤细胞中，EpCAM的表达各有不同。而且当肿瘤细胞发生上皮间质转化(EMT)时，肿瘤细胞的EpCAM的表达降低。因此依赖于该方法捕获CTCs有可能会失去一部分不表达或低表达EpCAM的肿瘤细胞。

(2)另一类是依赖于物理特性比如尺寸形变进行捕获的，CTCs比血细胞大且不易形变的特征，滤过血细胞。例如Abnova公司的ClearCell CXSystem就是基于大小形变的原理设计制造而成。三个间距为5微米的圆柱构成一个“爪形”结构，重复排列。捕获住肿瘤细胞，白细胞与红细胞则通过形变滤过。但由于CTCs与白细胞的尺寸有重叠的部分，所以一部分CTCs可能会通过滤网或微柱间隙。因为经历了EMT的转变，所以漏掉的CTCs恶性的程度更高。且容易破裂和纯度不高。

理想的检测CTCs的平台应具备以下特征：(1)高敏感性：能够检测到每一个CTC；(2)高特异性：没有假阳性；(3)可重复性：可接受的片上及片后操作的可变化性；(4)高纯度：分离的CTCs没有其他的细胞；(5)保持细胞的活性和完整性：以便于进一步的特征分析和孵育。(6)对于病人来说低成本。1ml的血液中仅有1-100个肿瘤细胞却有10⁷个白细胞和10⁹个红细胞使得这项工作极具有挑战性。

早期利用抗体捕获的微流控芯片效率低，无法应用于不表达EpCAM(上皮粘附分子)的CTCs，而且由于EMT(epithelial-mesenchymal transition)，可能会丧失一部分CTCs。新近改进的微漩产生的鱼鳞形的芯片改变微柱阵列为鱼鳞形，提高了细胞与抗体修饰的柱子的碰撞几率。提高了捕获效率与纯度。但如何将捕获住的循环肿瘤细胞洗释下来以做进一步的分析却成为问题并且矩形凹槽也将会对细胞产生一定破坏作用。单纯利用尺寸的捕获(ISET：isolation by size of epithelial tumor cells)可能会损失一部分和白细胞尺寸有重叠部分的CTCs，尤其是那些尺寸较小的CTCs。同样存在如何将肿瘤细胞洗释下来以作近一步分析的缺陷，并且通量小。现有的微流控芯片的流速基本上是1ml/hr，而临床使用的血液样品是7.5ml，所以还不能满足临床的需求。

免疫磁珠分选是微流控芯片分选CTCs的常用方法之一。操作简单，效率高。将CTCs与磁性微球结合具有磁性，使其通过具有微孔的磁性滤网芯片或与小室相通的主管道，小室中装有磁铁，从而被吸引在磁性滤网芯片上或捕获在小室中。David Issadore设计了一种利用霍尔效应计数磁化CTCs的方法。单细胞液流的血液样品通过霍尔探测器时会产生一个霍尔电压，从而精确计数CTCs的数目。该方法选择性高，灵敏度高，芯片管道无需修饰，可以很好地控制细胞捕获与释放。还有DEP的方法，操作复杂，并且有可能破坏CTCs的原有特性，使得这些微流控芯片不能满足临床的微型，可携，低功率，高整合能力和对病人的低成本。