發(fā)布日期：2017-05-17

研究的第一作者Yu-Chih Chen領導開發(fā)了這種可以通過激光單個釋放特定細胞的芯片。（圖片來源： Michigan Engineering）

芯片上的器官日益成為了科學研究人員較為喜歡的一種研究手段，將不同種類的細胞在芯片上營造出微流體培養(yǎng)環(huán)境，從而可以在某種程度上模擬真實器官的部分功能。

科學家們已經(jīng)開始嘗試通過芯片上的器官來了解疾病和開發(fā)新的治療方式——比如癌癥。

對于癌癥來說，癌細胞在微流體芯片上的研究，有望幫助我們揭開癌細胞轉(zhuǎn)移的奧秘。如何能夠讓單個的細胞從芯片上實現(xiàn)無損的精準釋放，是對癌細胞“進化”過程研究的前提。

為此，來自密歇根大學的研究人員開發(fā)了一種新型的微流體芯片，可以實現(xiàn)單個細胞的篩選和無損釋放。研究發(fā)表在《ACS NANO》上。

新式芯片的設計原理示意圖。（圖片來源：ACS NANO）

在芯片的底部是由碳納米管-聚碳納米管 - 聚二甲基硅氧烷復合材料。當癌細胞在復合材料的表面“落戶”后，它會吸附到表面。如何能夠巧妙的實現(xiàn)單個細胞的釋放呢？研究人員在細胞附近從外部對芯片給予納秒級別的激光短脈沖，光能量被碳納米管吸收后，使得納米管升溫。納米管和聚二甲基硅氧烷之間滯留的空氣因而膨脹，膨脹后的氣體穿過聚合物層使得細胞溫和的與芯片底部分離，得到釋放，就像在吹泡泡一樣。

激光產(chǎn)生氣泡釋放細胞的過程。（圖片來源：Yu-Chih Chen, Yoon Lab）

研究進一步驗證，這種釋放方式能夠保留細胞的活力、膜蛋白和mRNA表達水平。這種精確的釋放是非常具有挑戰(zhàn)性和研究意義的。表面蛋白質(zhì)不被破壞是用于鑒定癌癥干細胞的重要途徑。

項目的領導者，來自電氣工程和計算機科學的 Euisik Yoon教授表示，終極目標是要找出是什么驅(qū)動這些癌細胞的“自我更新”過程，使這些侵略性癌細胞表現(xiàn)得像干細胞。

這種癌癥干細胞，能夠通過打開或者關閉不同的基因，分裂并變成不同種類的癌細胞。如果我們可以關閉干細胞樣的特性，癌癥就無法生長和擴散。

有了這種新型微流體芯片的幫助，研究人員就可以找到癌癥干細胞“自我更新”的關鍵性基因。

無損的精準細胞釋放意味著在芯片上，來自同一原始癌細胞分裂來的姐妹癌細胞，可以輕松的進行比較，科學家們有望通過這一點對癌細胞譜系進行精確的基因分析。這種芯片研究可以用來探討癌細胞是如何實現(xiàn)分裂和轉(zhuǎn)移，還可以解釋為什么一些癌細胞會對藥物產(chǎn)生耐藥性。

第一作者Yu-Chih Chen表示，如果我們能夠鑒定出一些關鍵基因，或者潛在的藥物靶點，那么藥物研究人員就可以開發(fā)一種化合物來靶向它。

在未來，癌癥有望實現(xiàn)研究人員稱之為“功能性治愈”的治療狀況，類似HIV的管理。癌癥并不一定必須根除。如果我們可以停止癌癥的生長和轉(zhuǎn)移，那么就可以使癌癥患者過上健康的生活。

參考資料

[1] 'Sister cell' profiling aims to shutdown cancer metastasis

[2] Selective Photomechanical Detachmentand Retrieval of Divided Sister Cells from Enclosed Microfluidics forDownstream Analyses

來源：康健新視野（微信號 HealthHorizon）