液检芯片在乳腺癌患者100％的血液样本中检测到肿瘤细胞

Worcester工业研究所（WPI）的研究人员开发了由碳纳米管制成的芯片，可以捕获所有尺寸和类型的循环肿瘤细胞（CTC），并且可以比现有技术更大的敏感性。该装置的独特设计使得可以容易地识别且甚至培养捕获的细胞，这可以使其可以检测早期肿瘤，预测癌症的过程，并监测治疗的影响。

该杂志报道了这项新技术的细节芯片上的实验室（“使用纳米管CTC芯片的液体活检：在Massachusetts Medical School大学神经系统手术部门组成的团队中，由乳腺癌患者的优先依赖于乳腺癌患者的优先依赖于纯度纯度，和詹姆斯格雷厄姆棕色癌症中心在路易斯维尔大学医学院。WPI机械工程教授Balaji Panchapakesan是项目领先地位。

高癌症死亡率主要归因于未被发现的肿瘤，直至其达到先进或无法操作的阶段，并转移（当肿瘤细胞穿过血液时，在其他器官中引发新的肿瘤）。科学家长期以来寻求一种方法，可以在穿过血液时可靠地缠绕肿瘤细胞。当治疗更可能是成功时，这种技术可以使这种技术在非常早期的阶段中检测癌症，并且发现当癌症开始转移时肿瘤细胞经历的遗传变化。

Panchapakesan说:“分离高纯度ctc是一个重大的挑战，就像大海捞针一样。”这些细胞在10亿细胞中只包含1到10个细胞血细胞ctc从肿瘤中脱落是一个高度间断的过程。”

Panchapakesan说，许多研究实验室和公司已经创造了所谓的液体活检装置，但目前可用的设备具有重要的局限性。这些包括低灵敏度;无法捕获所有尺寸和类型的CTC，或捕获CTC的集群单个细胞;难以从用于实验室分析的设备中提取捕获的细胞;以及高昂的制造成本。此外，捕获的ctc被白血细胞它的大小与ctc相似，可能被误认为是ctc，这是许多液体活检设备的一个问题。

由Panchapakesan团队开发的设备，在“芯片纸实验室”中描述，没有这些限制。该装置的中心是一层碳纳米管，它排列在硅/玻璃晶圆中一个小孔的底部。Panchapakesan说，芯片设计利用了ctc附着的自然趋势。“为了转移到身体的一个遥远的部位并开始一个新的肿瘤，”他说，“ctc需要在一个不利于附着的环境中附着的能力。在之前的研究中，我们已经表明它们会优先附着在碳纳米管上，但总的来说，白细胞不会。”

此外，最近的研究表明，ctc远比以前认为的更脆弱，受血液中固有的环境和机械应力的影响。Panchapakesan说:“这些细胞无法存活，除非你给它们一个岩石状的基质，让它们依附在一个更软的基质上，这需要细胞提供太多的能量。”

“这是机械工程与生物学的一个医学问题，”他说。“了解癌细胞生物学以及CTC的表现如何使我们能够设计一种基于机械工程的设备。”

白细胞不粘附到纳米管中的事实使得可以从芯片中取出它们，使CTC留下来计数和识别。红细胞，大大数量循环瘤细胞，也造成问题。由于它们倾向于沉降到芯片的底部，因此它们可以防止CTC粘附到纳米管中。研究团队通过裂解或分解，在将血液中的样品添加到芯片之前，通过裂解或分解。他们发现裂解过程对CTC没有影响。

使用血液掺入具有已知数量的荧光染料的癌细胞的血液的测试表明它具有高灵敏度，在试验样品中的89％至100％的细胞中被捕获。（芯片的敏感性增加了血液与纳米管接触的血液越长。）测试也用实际的血液样本运行乳腺癌患者（阶段1-4）并产生100％的敏感性，用于检测CTC。CTCS被所有七个患者样品捕获，而没有肿瘤细胞被来自两个健康患者的样品捕获。

更重要的是，芯片捕获了从早期和晚期癌症患者中表现出多种表型的单个CTC，该装置的另一个潜在优势。虽然用于捕获其他设备中细胞的其他方法表现出防止它们捕获全系列癌细胞表型，WPI的偏差碳纳米管Chip似乎有这个潜力。

“这些初步临床研究”，“Panchapakesan说：”我们能够捕获和识别不同表型的个体CTC，表明该设备可能成为跟踪癌症进展及其对辐射或化疗的反应的重要工具，还在制定关于可能的癌症课程的预测，这可能有助于医生标识最有效的治疗疗程。“

测试还表明，碳纳米管芯片可以捕获不论大小的细胞，除了单个细胞外，还可以捕获ctc簇。(CTC集群很少见，但它们似乎比单个CTC具有更强的播撒新肿瘤的能力。)因为这些细胞轻轻地附着在纳米管上，并通过从细胞体延伸出来的卷须吸附在上面，它们没有受到损伤。

虽然必须从其他设备中除去捕获的细胞进行分析，但是使用窄微流体通道的装置可能困难，并且通常导致电池损坏，由碳纳米管芯片捕获的细胞仍然可以是可行的并且甚至可以培养。另外，因为芯片是透明的，所以可以在不去除它们的情况下染色和研究捕获的细胞。

芯片纸上的实验室中描述的芯片是在WPI和路易斯维尔大学合作的WPI合作下，在Panchapakesan的小型系统实验室中，在Panchapakesan的小型系统实验室正在开发的最新一代液体活组织检查。

这种芯片的材料和成批制造技术与制造半导体的材料和技术类似。目前这一代是一个76个元素的测试孔阵列在玻璃和硅片上。除了能够实现大规模生产，多井设计也使得在多个井中分离血样变得容易。每个孔中放置的小容量血液使得更准确地计数附着的ctc成为可能。

Panchapakesan表示，他相信最新一代的碳纳米管液体活检芯片可以进行临床试验。为此，他与首席执行长阿德里安娜•戴维斯(Adrianna Davies)领导的硅谷初创企业StrandSmart Inc.合作。该团队设想在全球范围内测试一种治疗点(POC)设备来检测癌症的早期阶段。

“这种潜在的救生技术可以具有多种有益的应用，”Panchapakean说。“它可以帮助在癌症中发挥作用的复杂生物和遗传过程中的光线。它可以通过捕获来检测癌症细胞新生的肿瘤流入了血液。在新肿瘤开始之前，它可以识别具有转移性潜力的CTC，并且它可以帮助塑造定制的治疗方法癌症。“

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