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微流體芯片技術(shù)的應(yīng)用

        微流控技術(shù)問世至今有近30年歷史,但其發(fā)展迅猛,被稱為下一代醫(yī)療診斷"顛覆性技術(shù)".

        通過利用微流體芯片進(jìn)行的研究一直都在不斷進(jìn)行中,近日一項關(guān)于乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移相關(guān)的研究就用到該技術(shù).來自密西根大學(xué)安娜堡分校的研究人員利用新開發(fā)的高通量微流體芯片,發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞的重要特性之一 — 吞噬間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC).該研究指出癌細(xì)胞通過吞噬MSC,增強(qiáng)了自身侵襲性,讓癌癥迅速發(fā)展擴(kuò)散.研究認(rèn)為阻止乳腺癌細(xì)胞系的吞噬行為,有望成為遏制乳腺癌轉(zhuǎn)移的新方向,而相關(guān)的基因和分子也是乳腺癌診斷治療的潛在靶點,這將是為諸多患者帶來新的希望.另外,我們對關(guān)于微流體芯片的應(yīng)用作一個簡單介紹.

        細(xì)胞分選

        通過不同的分選原理,微流控芯片可實現(xiàn)對不同細(xì)胞的分離.以循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTCs)為例,該細(xì)胞主要來自腫瘤組織自發(fā)脫落的外周血液中,其對惡性腫瘤傳播轉(zhuǎn)移具有重要影響,已逐漸被認(rèn)為是腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的標(biāo)志.對外周血中極微量的具有特異性、敏感性的CTCs進(jìn)行分選、富集及檢測,不僅有利于腫瘤的早期診斷、療效評價及復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移監(jiān)控,還可以為后續(xù)的CTCs鑒定和下游單細(xì)胞基因組和轉(zhuǎn)錄組測序提供良好基礎(chǔ),為腫瘤靶向治療提供新策略,在臨床上個性化醫(yī)療等領(lǐng)域有重要意義.

        微流控技術(shù)可在微米尺度下整合物理、化學(xué)及生物學(xué)方法,實現(xiàn)對微量CTCs的高通量、高效率以及低成本分選富集,該技術(shù)發(fā)展迅速并已被廣泛研究應(yīng)用.Fluxion Biosciences新開發(fā)的微流體平臺IsoFlux使用微流體通道確保將磁性顆粒標(biāo)記的CTCs充分可靠地暴露于密集且強(qiáng)度均勻的磁場中,以實現(xiàn)高效的細(xì)胞富集回收.

藥物篩選

        藥物篩選是現(xiàn)代藥物開發(fā)流程中測試和獲取特定生理活性化合物的一個步驟.微流控芯片技術(shù)由于具有樣品消耗量小、速度快、柱效高以及所用溶液體系較接近生物體液組成等特點,已經(jīng)成為一種非常具有潛力的藥物及先導(dǎo)化合物的高效篩選工具.

        微流控芯片可以集成256個或者細(xì)胞培養(yǎng)腔微陣列,改變細(xì)胞常規(guī)培養(yǎng)方法,實現(xiàn)細(xì)胞藥物篩選的高通量化;芯片微納升級體積大大減少了試劑消耗量,減低藥物篩選成本;微流控芯片設(shè)計的二維結(jié)構(gòu)或者三維微結(jié)構(gòu)區(qū)域可產(chǎn)生低剪切力,在腔室內(nèi)形成濃度梯度,進(jìn)而對藥物進(jìn)行毒性分析;微流控芯片集成化非常明顯,將藥物的合成分離富集、實驗細(xì)胞培養(yǎng)、藥物效果檢測等多個步驟集成于一張芯片,實現(xiàn)了藥物篩選的自動化分析.

器官集成芯片與器官仿生

        生物組織、器官的體外模型是揭示人類生理和病理的不可缺少的工具.而基于微流控芯片的器官模型通過特定方式將細(xì)胞培養(yǎng)或組裝到微流控芯片中,根據(jù)生物體中的器官結(jié)構(gòu)在體外對其進(jìn)行重建,用以研究特定環(huán)境下器官的生理機(jī)能和構(gòu)建體外的特異性疾病模型.這種技術(shù)對于藥物毒性和藥效的預(yù)測比常規(guī)體外模型更有潛力,它能夠提供對于組織乃至器官水平的作用機(jī)制的深入了解,能應(yīng)用于藥物的吸收、分布、代謝和排泄的預(yù)測以及藥物毒性的研究.

        以微流控技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究應(yīng)用為例,在過去的研究中,動物模型通常被用于腦部結(jié)構(gòu)及其相關(guān)疾病的模擬,但是這種方法價格昂貴、效率低、實驗復(fù)雜以及耗時多,嚴(yán)重限制了神經(jīng)疾病研究的發(fā)展.近年來,利用微流控芯片技術(shù)已經(jīng)能夠在體外很好地模擬中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS),建立疾病模型,進(jìn)而讓我們對神經(jīng)性疾病,如阿爾茲海默病、帕金森病等的研究有更深入的了解.