[发明专利]一种用于CTC高通量单细胞表型分析的微流控装置

说明书

本公开涉及微流控芯片检测技术领域，具体涉及一种用于CTCs分选、富集及单细胞分析的微流控装置。针对样品中CTCs中细胞浓度低、细胞表型高度差异及单细胞分析通量低和非系统自动化等因素，导致CTC表型分析难以临床应用的技术问题，本公开提供了一种对CTCs快速分选及高通量单细胞分析的微流控芯片装置，通过螺旋芯片及微柱阵列侧向流芯片完成对肿瘤细胞的分选、富集，经EpCAM和N‑cad标记后再次经微柱阵列芯片进行表型分析检测。对CTCs的操作全部在微纳尺度平台操作，最大程度的减少了CTCs丢失，具有集成度高、通量高、操作集成便捷、自动化的优势，是一种方便快捷、易于临床转化的液体活检新方法与新技术。

技术领域

本公开涉及微流控芯片检测技术领域，具体涉及一种系统集成的微流控芯片装置用于CTCs的快速分选和连续在线单细胞分析，特别用于血样中的全部CTCs无损失的获取和顺序地高通量单细胞分析。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本公开的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

肿瘤的转移依赖于循环肿瘤细胞(CTCs)从原发瘤的释放，这些细胞会迁移至远端组织并形成二次肿瘤。CTCs携带了大量原发肿瘤的分子信息，并在血液循环中呈现动态变化，赋予CTCs不同的表型和功能。单纯的CTCs分选和计数不能够满足本公开对CTCs蕴含的肿瘤生物学的认知，分析CTCs内基因、蛋白等分子生物学信息，剖析CTCs复杂的表型变化对本公开认识肿瘤，探索肿瘤转移机理更具有意义。但是，直接研究血液样本中的CTCs有诸多挑战，首先CTCs在血液中十分稀少(十亿分之一)，虽然有很多CTCs分选和计数方法被发展，尤其是很多基于CTCs标志物亲和分离的方法，但是这些方法常常由于细胞表型变化伴随的标志物表达降低而遗漏细胞，且不利于捕获细胞的释放和进一步分析。因此，如何尽可能高通量分离并无遗漏地获取到血样中全部CTCs并方便用于下游分析仍是CTCs分析首要解决的难题；其次，由于CTCs细胞脱落的位置和在血液中经历的微环境不同导致CTCs分子表达和表型存在高度异质性。如作为上皮驱动肿瘤恶化的中心事件，CTCs细胞经历的上皮间质转化(EMT)过程会使细胞逐渐丢失上皮特性(如上皮标志物EpCAM、E-钙黏蛋白表达降低)，同时获得间质特性(间质标志物波形蛋白和N-钙黏蛋白表达升高)。并促使恶性细胞从原发癌上脱落，进而迁移和散布远端。对CTCs呈现的这种表型分化研究可以让本公开获取更多的关于CTCs与肿瘤进程尤其是肿瘤转移的关联。而在CTCs分析中，常用的群体细胞检测结果会用平均数据掩饰细胞异质性，不能反映CTCs的分化和分子表达差异。单细胞分析是进行细胞异质性研究的基础。而目前所报道的单细胞CTCs分析方法，如常用的单细胞基因测序、单细胞免疫荧光成像、单细胞RT-PCR分析和单细胞western Blot等，都需要对单细胞样品进行细致、精确的操作，导致了分析速度慢，且在样品处理中易造成细胞的遗失，限制了细胞高通量连续分析；造成了获取的数据有限。虽然单个CTCs的分子生物学分析能够呈现细胞的基因、RNA、蛋白和功能信息，但是少数几个CTCs分析结果仍具有片面性，需要综合大量CTCs单细胞分析数据形成对样品中整个CTCs群体的认知；此外，低通量、非系统自动化的操作限制了方法的临床推广应用。因此，这就要求建立分选和单细胞定量分析系统集成自动化程度高的CTCs单细胞表型分析方法。

基于芯片内微米级结构的设计和各种流体控制方法，微流控技术在流体样品处理和细胞操控方面具有很强的适应能力和出色的表现。其独特的性能非常契合肿瘤液体活检CTCs分析的要求。但是在快速连续的CTCs单细胞分析方面，受到稀有CTC的单细胞快速连续进样困扰，应用发展缓慢。

发明内容

综上可见，探索对CTCs的快速分选和连续在线单细胞表型剖析的集成微流控芯片装置具有重要意义，该装置具有通量高、操作集成便捷、自动化的优势，是一种方便快捷、易于临床转化的液体活检新方法与新技术。本公开目的旨在克服现有技术之不足，提供一种用于CTCs的无表型歧视的快速分选和连续在线单细胞分析的系统集成的微流控芯片装置，利用本公开技术方案可以方便地对血样中的全部CTCs无损失的获取，实现高通量的单细胞分析。