肿瘤转移导致高达90%癌症相关死亡率，而循环肿瘤细胞（CTC）是从原发肿瘤脱落并释放到血液循环的肿瘤细胞，与肿瘤转移过程中扮演着种子一样的角色，精准检测循环肿瘤细胞具有重要的临床价值。临床研究表明，癌症患者的CTC数量与疾病呈现相关性，可以指示疾病进展并评估治疗效果。在临床研究中，分离和检测CTC一直是困扰CTC临床应用的难题之一，无标记且操作简单膜过滤的富集方法成为最有效解决方案之一。然而，这类方法的主要挑战是堵塞问题和细胞聚集，这会降低CTC的回收率和纯度。
近日，中科院苏州医工所周连群团队创新性地开发了一种可实现CTC快速高效且无堵塞的膜过滤富集新技术，最新研究成果以题为“Integrated microdevice with the windmill-like hole array for clog-free, efficient and self-mixing enrichment of circulating tumor cells”的论文，被Nature (自然) 旗下工程类一区TOP期刊Microsystems & Nanoengineering收录，博士生李豪为第一作者，周连群研究员和张威研究员为通讯作者。
在该项研究中，受自然界中风车气流干扰模型的启发，科研人员开发了一种类风车孔阵列膜的新型集成微装置，用于高效、无堵塞和自混合富集循环肿瘤细胞。负性光刻胶（SU-8）上的类风车孔阵列设计使细胞能够分散均匀，并且降低流体对细胞的压力。此外，为了提高SU-8膜的综合性能，对表面进行了修饰，进一步避免了毛孔堵塞和细胞聚集，大大减少了细胞簇的数量，提高了白细胞的清除效率。最后，基于高通量循环肿瘤细胞检测分析装置，CTCs能被快速准确地识别。科研人员从流体动力学仿真模拟和血液肿瘤细胞实验两个层面验证了类风车孔阵列膜设计的优势。在最佳条件下，该装置实现了90%以上的CTC回收率，98.7%以上的白细胞去除率和低于每毫升血液10个CTC的检测限。类风车孔阵列膜的新型集成微装置实现了循环肿瘤细胞的快速、高效和无堵塞富集，在临床中为肿瘤转移检测和治疗分析提供了巨大的潜力。
近年来，该团队逐步在肿瘤的液体活检方向布局，目前自主研发高通量多通道循环肿瘤细胞检测仪，后续将开展循环肿瘤DNA（ctDNA）和外泌体的研究，逐步从实验室验证走向临床验证。
该研究获得了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、中科院重大科研仪器装备研制项目、中国科学院青年创新促进会和江苏省重点研发计划项目等资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41378-021-00346-y
图1 类风车孔阵列膜的新型集成微装置，用于循环肿瘤细胞的自混合富集
图2 平行孔阵列和类风车状孔阵列上方的流体流动模拟轨迹
图3 不同类型孔阵列膜上细胞分布的比较
图4 临床样本验证，使用来自不同癌症患者的血液捕获CTC的试验
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