CN113351264A - 一种外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控吸附芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,涉及微流控芯片领域,所述芯片包括设置于基底上的入样口、出样口、缓冲模块和捕获模块,其中,所述缓冲模块包括三个缓冲区,分别为第一缓冲区、第二缓冲区和第三缓冲区,所述捕获模块包括至少两个捕获通道;所述捕获通道中分布有弯道及所述弯道间分布的捕获柱,且所述捕获柱密度不同将所述捕获通道分为疏松捕获区和密集捕获区两部分。本发明利用抗原抗体结合吸附方式的灵活设计,以及缓冲区和疏松、密集捕获区的组合捕获,显著提高了对目标循环肿瘤细胞的高通量、高效率捕获,并且所需血液样品无需处理、成本低廉、操作简便。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片领域,尤其涉及一种外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片。
背景技术
癌症相关死亡率在过去几十年稳步增加,仍然是人类死亡的主要原因。世界卫生组织(WHO)进行的一项研究发现,如果癌症患者在转移性癌症发生前被诊断和治疗,至少有30%的死亡率是可预防的。当循环肿瘤细胞(CTC)从原发性或转移性肿瘤分离并流入外周血流时,肿瘤发生转移。CTCs由澳大利亚医师Thomas Ashworth于1869 年首次确定。由于癌症患者外周血中CTC发生频率低,准确计数难度较大,因此不广泛用于诊断和治疗。CTCs在转移过程中的潜在作用尚未完全清楚。因此,为了促进癌症诊断,预后和治疗,迫切需要有效和准确的CTCs计数和表征方法。
在过去二十年中,许多研究人员探索了高效可靠的CTCs分离系统。开发了基于细胞生物学特性的生物学技术如生物标志物的特定表达,或物理性质如CTCs的大小和可变形能力,以高产量和高纯度将全血中的CTCs与全血分离。最常用的生物学方法之一是基于抗体的技术(包括FDA批准的CellSearch系统,Veridex)。CellSearch 系统使用抗EpCAM(上皮细胞粘附分子,特异于人乳腺癌细胞)共轭磁珠来用于CTC 的免疫磁捕获和分离。该系统被认为是CTCs分离和计数的黄金标准。然而,考虑到上皮间质转化(EMT)的存在以及不同类型肿瘤细胞上EpCAM表达水平的变化,在分离过程中可能会损失一部分CTCs。常用的另一类方法是无标记分离的CTCs,包括微流控过滤器、惯性聚焦、声学、光学和介电电泳(DEP)。这些方法利用了CTCs比正常血细胞更大和更硬的特性。然而,这些方法也有其局限性。声学,光学和介电电泳(DEP)需要额外的工作场和更长的处理时间。
惯性聚焦的微流体装置利用了在微流体通道的横截面中不同尺寸的颗粒/细胞占据不同平衡位置的现象。利用惯性聚焦对血液中的循环肿瘤细胞进行分离虽然可以实现细胞的无标记分离,然而其最大的一个缺点是分离后细胞的纯度不足以将收集的细胞直接做蛋白组学等分析,因为存在着一定数量的白细胞和红细胞的参杂。为了提高细胞纯度,往往会采用红细胞裂解的方式,尽管这样的方式可以降低红细胞的干扰,但是在惯性聚焦芯片里细胞分离达到平衡位置前,仍然会有一定数量的白细胞参杂到循环肿瘤细胞收集的出口,因此很难做到纯度可以达到直接对所收集的细胞做蛋白组学等分析的要求。
因此,本领域的技术人员致力于开发一种从肿瘤患者外周血中捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,以实现对于没有做任何裂解等处理的外周血中的循环肿瘤细胞的高通量、高效率捕获,以及便捷准确的计数等检测分析。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是如何设计一种对于肿瘤患者外周血中循环肿瘤细胞的捕获芯片,不仅可以应用于未处理血液样品的检测,而且可以更加便捷、高效率地实现对细胞的捕获以及后续的免疫检测定量分析。
为实现上述目的,本发明提供了一种外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,所述芯片包括设置于基底上的入样口、出样口、缓冲模块和捕获模块,其中,所述缓冲模块包括三个缓冲区,分别为第一缓冲区、第二缓冲区和第三缓冲区,所述捕获模块包括至少两个捕获通道;所述入样口连接所述第一缓冲区,所述第一缓冲区的出口与所述第二缓冲区的入口相连,所述第二缓冲区的出口与所述捕获通道相连,所述捕获通道的出口连接所述第三缓冲区,最后为所述出样口。
进一步地,所述捕获通道中分布有弯道及所述弯道间分布的捕获柱。
进一步地,所述捕获通道由其入口开始先后分为疏松捕获区和密集捕获区两部分,其中所述密集捕获区中所述捕获柱的分布密度大于所述疏松捕获区中的分布密度。
进一步地,所述捕获柱的高度为所述弯道高度的至少两倍。
进一步地,所述捕获柱为三角形柱子。
进一步地,所述捕获柱表面修饰抗体,其中所述抗体根据所要检测的肿瘤循环细胞的特异表达蛋白而定。
进一步地,所述抗体可同时选择一种以上进行修饰。
进一步地,所述抗体修饰有标志物。
本发明还提供了一种如上所述的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片的应用,所述芯片的检测样品包括未进行处理的血液样品。
进一步地,所述捕获循环肿瘤细胞可直接在所述芯片上进行免疫荧光染色计数。
与现有技术相比,本发明具备以下有益的技术效果:
(1)本发明所设计的“吸附”芯片可以实现对患者血液中循环肿瘤细胞的高通量捕获,并且血液样品无需任何处理;
(2)本发明所设计的“吸附”芯片具有极高的捕获效率,在相对低的流速下捕获率可以达到100%,随着流速的提高,捕获率仍然可以维持在92%以上;
(3)本发明所设计的“吸附”芯片可以在芯片上直接对所捕获的细胞进行免疫荧光染色,实现细胞的准确计数;
(4)本发明所设计的“吸附”芯片成本相对低、操作简便,对操作人员要求低。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片结构示意图;
图2是本发明的一个较佳实施例的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片的捕获通道中不同区域的SEM照片;
图3是本发明的一个较佳实施例的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片表面修饰过程示意图;
图4是本发明的一个较佳实施例的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片捕获乳腺癌细胞的显微镜明场照片。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例,使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现,本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1、外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片的制备
如图1所示,本实施例中采用的芯片由一个入口、一个出口,三个缓冲区和四个平行的捕获通道构成。捕获通道由规则分布的PDMS三角形柱子和弯道构成,且三角形柱子的高度是弯道的两倍。其中,入口处的两个缓冲区使得细胞在进入到捕获区之前速度慢下来,从而有更好的接触时间,以提高捕获效率;弯道主要用来使芯片里细胞的流动发生扰动,从而使在三角形柱子区域没有被捕获的细胞位置发生变化,增加其在后面的流动过程中与芯片表面撞击的机会、提高捕获效率;并且在每个捕获通道中均设计了三角形柱子疏散分布的区域和密集分布的区域(显微结构如图2所示),使得在前段没有跟芯片表面接触的足够长时间的细胞,在密集分布区可以被捕获,从而提高细胞的捕获率。
实施例2、外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片的抗体修饰及应用
本发明中根据所要检测的循环肿瘤细胞的表面抗原与抗体结合的方式实现“吸附”捕获细胞。如图3所示,具体修饰方法包括以下步骤:
1、将固化的、带有芯片结构的PDMS通过50s表面等离子体处理;
2、跟玻璃基底键合后用浓度为4%的MPTS(溶解在乙醇里)室温处理2h;
3、之后用10μM的交联剂GMBS孵育1h;
4、其次用10μg/mL的链霉亲和素(溶解在PBS中)室温处理2h;
5、最后用10μg/mL带有生物素标记的抗EpCAM抗体室温处理2h,即可修饰完芯片、用于循环肿瘤细胞的捕获。
将未处理的患者外周血样品从入口导入,经过芯片的捕获通道后,乳腺癌细胞(MCF-7)将被芯片三角形柱子吸附捕获,如图4所示。之后可直接在芯片上进行免疫荧光染色进行鉴定、计数等分析。这样的设计操作避免了常规免疫荧光染色中多次离心、清洗所带来的细胞丢失。并且可以通过改变芯片表面的修饰方式,实现对捕获后细胞的洗脱,得到纯度高的循环肿瘤细胞,进一步用于微量细胞的蛋白组学分析等检测。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,其特征在于,所述芯片包括设置于基底上的入样口、出样口、缓冲模块和捕获模块,其中,所述缓冲模块包括三个缓冲区,分别为第一缓冲区、第二缓冲区和第三缓冲区,所述捕获模块包括至少两个捕获通道;所述入样口连接所述第一缓冲区,所述第一缓冲区的出口与所述第二缓冲区的入口相连,所述第二缓冲区的出口与所述捕获通道相连,所述捕获通道的出口连接所述第三缓冲区,最后为所述出样口。
2.如权利要求1所述的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,其特征在于,所述捕获通道中分布有弯道及所述弯道间分布的捕获柱。
3.如权利要求2所述的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,其特征在于,所述捕获通道由其入口开始先后分为疏松捕获区和密集捕获区两部分,其中所述密集捕获区中所述捕获柱的分布密度大于所述疏松捕获区中的分布密度。
4.如权利要求2所述的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,其特征在于,所述捕获柱的高度为所述弯道高度的至少两倍。
5.如权利要求2所述的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,其特征在于,所述捕获柱为三角形柱子。
6.如权利要求2所述的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,其特征在于,所述捕获柱表面修饰抗体,其中所述抗体根据所要检测的肿瘤循环细胞的特异表达蛋白而定。
7.如权利要求6所述的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,其特征在于,所述抗体可同时选择一种以上进行修饰。
8.如权利要求6所述的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片,其特征在于,所述抗体修饰有标志物。
9.一种如权利要求1~8任一项所述的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片的应用,其特征在于,所述芯片的检测样品包括未进行处理的血液样品。
10.如权利要求9所述的外周血捕获循环肿瘤细胞的微流控“吸附”芯片的应用,其特征在于,所述捕获循环肿瘤细胞可直接在所述芯片上进行免疫荧光染色计数。
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- 2021-04-25 CN CN202110447183.1A patent/CN113351264A/zh active Pending
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