[发明专利]微流控芯片装置及其在癌细胞迁移分析中的应用

说明书

本发明涉及微流控技术领域，具体提供一种微流控芯片装置及其在癌细胞迁移分析中的应用。该微流控芯片装置开设有若干进样口、第一汇流腔室、若干细胞捕获室、若干并排的迁移直线通道、第二汇流腔室、若干出样口；每个进样口均与第一汇流腔室连通；第一汇流腔室上开设有若干与细胞捕获室相对应连通的捕获室进口；每个细胞捕获室底部开设有能使细胞进入迁移直线通道前端的贯通口；每条迁移直线通道的末端均与第二汇流腔室连通，同时每个出样口均与所述第二汇流腔室连通。本发明的微流控芯片装置具有通量高、捕获准确、追踪效果好等特点。

技术领域

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种微流控芯片装置及其在癌细胞迁移分析中的应用。

背景技术

肿瘤转移已经成为癌症治疗失败和患者死亡的主要原因，恶性肿瘤细胞的转移是其区别于正常细胞的特征之一，不同肿瘤细胞转移能力不同，而同一种肿瘤细胞也存在具有不同转移潜能的亚群，同时还存在转移的器官特异性。由此可见，肿瘤转移是一个极其复杂的过程，涉及多步骤、多阶段、多基因等，不但包括肿瘤细胞本身的特征变化，还包括宿主环境的变化。肿瘤微环境是一个动态网络，它包括肿瘤细胞、细胞外基质和间质组织等，这些是影响肿瘤转移的关键因素。肿瘤转移不但涉及原发肿瘤部位微环境的改变，而且还包括肿瘤细胞对继发转移部位微环境的适应。

传统的细胞学研究依赖于大量细胞(10³～10⁴个)，将群体值作为反应结果，但相同状态下的细胞在表型和基因型方面也存在异质性。通过细胞群体分析获得的统计平均结果掩盖了单个细胞之间的差异。随着精准医疗发展和生命研究的微观化，细胞群体的研究方法已明显不适用于肿瘤异质性、早期胚胎发育等重要领域，为此单个细胞的研究呼之欲出，成为科学家的一致性诉求，原因如下：

(1)临床样本也存在很大的异质性，只有单细胞分析才能有效揭示这种异质性；

(2)很多临床样本量及其有限，极端情况下甚至只有一个细胞可供检测，单细胞检测是唯一可行的方法；

(3)临床样本都是来自人的样本，和实验动物不同，对于人所能用的研究方法受到很大限制，因此要求研究者在有限的样本中尽量多的获取数据，而多参数单细胞分析恰恰满足了这种需要。

由此引入单细胞分析(single cell analysis)概念，即对单个细胞进行较多参数的分析，来研究细胞异质性。近几年，随着相关领域的一系列技术突破，“单细胞分析”的概念才真正得以实现。两类技术在这过程中起到了先导作用，首先是测序技术的进步，以illumina为代表的第二代测序技术大大降低了测序成本，使在一个实验中对多个样本测序成为可能；其次，一些可以用于单细胞核酸样本的扩增技术(例如MDA扩增基因组，SMART、TargetAmp可以扩增转录组)的开发，解决了单细胞核酸样品量少的问题。后来，随着基于微流体芯片技术的广泛应用，微流控芯片具有高通量、低消耗、微型化、集成化和大规模平行处理等特点，可以通过重力、磁力、流体力等实现对单细胞的捕获，准确地操作分析微量样品，从而为单细胞的研究提供平台。单细胞分析开始向自动化、更多细胞通量的方向发展。

尽管单细胞分析研究已被认为是21世纪生命科学研究的重要突破口，但是将单个细胞作为分析对象时，检测平台的构建目前面临以下4方面的巨大挑战：

(1)由于单细胞体积小(微米级)，胞内分析物的尺寸更小(亚微米级甚至纳米级)且浓度极低，这就要求检测平台不但具有较强的分离与操控单个细胞的能力，而且应当具有较高的检测灵敏度；

(2)为了能够有效地分析单细胞间的异质性以及得到具有统计学意义的数据，往往需要检测平台能够同时分析大量单细胞，即具有高通量和快速检测的能力；

(3)在一些动态观察和分析单细胞的荧光、形态等研究需求中，检测平台应当具有实时显微观察的功能；

(4)因需要分析与检测的细胞数量通常很大，检测及分析技术的开发应以简单易行、经济实惠为前提，以提高其在应用时的普适性。