[发明专利]一种微流控芯片及其在肿瘤干细胞分选、富集中的应用

说明书

本发明属于生物医学及肿瘤细胞研究领域，具体涉及一种微流控芯片及其在肿瘤干细胞分选、富集中的应用。其中，微流控芯片包括底层和顶层，底层上铺设有液滴发生器，液滴发生器上设有油相注入孔、水相注入孔以及液滴池；顶层开设有与油相注入孔相连通的油相分配通道、与水相注入孔相连通的水相分配通道、以及与液滴池相连通的排液通道；本发明利用微流控芯片中的液滴发生器将肿瘤细胞悬液分散成单细胞液滴，利用干细胞培养基对单细胞液滴中的肿瘤细胞进行培养分选、富集，无需标记即可实现肿瘤干细胞的分选、富集，使得本发明微流控芯片具有良好的普适性。

技术领域

本发明属于生物医学及肿瘤细胞研究领域，具体涉及一种微流控芯片及其在肿瘤干细胞分选、富集中的应用。

背景技术

肿瘤干细胞是肿瘤群体中极少量异质性特征突出，但是能够决定肿瘤特性和命运的细胞。肿瘤干细胞的特性包括：无限的体内和体外增殖能力、定向分化能力以及对于理化伤害的强耐受能力。大量研究结果证实肿瘤干细胞不仅是引起肿瘤的原因，也是造成肿瘤转移、复发和治疗耐受的直接原因。因此，针对肿瘤干细胞的治疗有望根治肿瘤。由于个体差异、肿瘤类型差异以及肿瘤细胞信号通路差异，肿瘤干细胞的性质会有所不同，因而肿瘤干细胞的靶向治疗策略也会有所不同，因此，基于肿瘤干细胞的分子机制研究和药物测试是肿瘤干细胞靶向治疗必不可少的环节。

由于肿瘤干细胞数量稀少，因而肿瘤干细胞的分子机制研究和药物测试依赖于肿瘤干细胞分选和富集。近年来发展了一系列的肿瘤干细胞分离/富集技术，如流式细胞分析技术，主要是基肿瘤干细胞表面分子标志物进行分离，其原理是肿瘤干细胞具有特殊的表面标志物，例如乳腺癌干细胞表面标志物为Lin-CD44+/CD24-；脑胶质细胞瘤干细胞表面标志物为CD133+；结肠癌干细胞表面标志物为CD133+、CD44+、CD166+、EpCAM+；胰腺癌干细胞表面标志物为CD44+、CD24+、ESA+等。然而，由于细胞表面标志物的表达存在异质性和可塑性，这类方法存在可靠性和普适性欠佳的问题。此外，流式细胞分析对细胞本身的化学和生物性质有一定的影响，不利于后续的分析。

基于上述流式细胞仪存在的可靠性和普适性欠佳的问题，通过依赖肿瘤干细胞的自我更新能力进行富集，有助于克服上述普适性欠佳的问题，但如何从肿瘤细胞中将肿瘤干细胞进行分选，限制了依赖肿瘤干细胞自我更新能力进行富集这一方法的应用。

目前，传统的体外单细胞试验需要利用有限稀释法进行细胞分散，这种细胞分散方法所能提供的单个细胞获取效率和分析通量存在明显的限制，远远不能满足肿瘤干细胞富集的需求，并且，该种方法无法排除细胞间的接触和信息交流，细胞聚集体的形成并不能有效反映肿瘤干细胞的数量，因此，为实现高效的肿瘤干细胞富集，迫切需要一种可完成高通量单细胞克隆形成试验的技术平台。

发明内容

针对现有肿瘤干细胞分选和富集方法存在的数量有限、可靠性以及普适性欠佳的问题，本申请旨在提供一种具有良好普适性的微流控芯片，并基于该微流控芯片提供一种肿瘤干细胞分选、富集的方法，具有良好的普适性，并能有效保持肿瘤干细胞的干性以及提高富集后肿瘤干细胞的数量。

基于上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种微流控芯片，包括底层和顶层，底层上铺设有液滴发生器，液滴发生器上设有油相注入孔、水相注入孔以及液滴池；顶层开设有与油相注入孔相连通的油相分配通道、与水相注入孔相连通的水相分配通道、以及与液滴池相连通的排液通道。

前期研究发现，肿瘤细胞群体中有少量细胞具有克隆形成能力，基于该发现，发明人所在研究团队通过控制肿瘤细胞的培养条件，对肿瘤细胞进行成球试验，成功地分选出具有单细胞克隆形成能力的肿瘤干细胞，并将这部分具有自我更新能力进行富集，实现肿瘤干细胞扩增并维持肿瘤干细胞的多向分化潜能，因此，本申请在肿瘤细胞成球试验的基础上，设计出一种微流控芯片。