微流控芯片和细胞筛选方法技术

发明专利技术属于微流控技术领域，具体涉及一种微流控芯片和细胞筛选方法。所示微流控芯片，包括基底和位于所述基底内的微流体通道，所述微流体通道终端设置有样品入口和样品出口，所述微流体通道内设置有捕获单元阵列，所述捕获单元阵列包括多个空间物理捕获单元，所述空间物理捕获单元包括位于所述微流体通道内壁上的相邻两微柱和所述相邻两微柱之间的捕获空间；其中，所述相邻两微柱的高度小于所述目标物的尺寸；当含有所述目标物的样品溶液从所述样品入口注入并从所述样品出口流出时，所述样品溶液中的目标物因物理空间结构而嵌入所述捕获空间中。

Microfluidic chips and cell screening methods

The invention belongs to the field of microfluidic technology, in particular to a microfluidic chip and a cell screening method. The microfluidic chip shown includes a substrate and a microfluidic channel located in the substrate. The terminal of the microfluidic channel is provided with a sample inlet and a sample outlet. The microfluidic channel is provided with an array of capture units. The array of capture units includes a plurality of space physical capture units. The space physical capture units include two adjacent units located on the inner wall of the microfluidic channel. The capturing space between the microcolumn and the adjacent two microcolumns; where the height of the adjacent two Microcolumns is less than the size of the target object; when the sample solution containing the target object is injected from the sample inlet and flowed out from the sample outlet, the target object in the sample solution is embedded in the capture space due to the physical space structure.

【技术实现步骤摘要】
微流控芯片和细胞筛选方法
本专利技术涉及细胞分析
，具体涉及一种微流控芯片和细胞筛选方法。
技术介绍
分子生物学和临床研究表明，部分诊断为早期的癌症实际上已有远处转移，即肿瘤微转移，而常规影像学、组织学或细胞学方法难以发现。肿瘤微转移可通过血行及淋巴途径在全身组织和器官中形成微小转移病灶，而淋巴结转移发展最终也要进入血液循环中形成循环肿瘤细胞(CirculatingTumorCells，CTCs)，导致原发肿瘤转移的全身化倾向。CTCs的检测有助于早期发现肿瘤微转移、监测术后复发、评估疗效及预后或选择合适的个体化治疗。目前，在乳腺癌中，人们已经积累了已经有关于CTCs作为预后标记的证据。不仅对乳腺癌，循环肿瘤细胞的发现与检测也与其他不同癌症的肿瘤转移和发展有关，包括前列腺癌、肺癌和结直肠癌。目前CTCs用于治疗决策的临床效用正在被评估。在过去的几年里，CTCs作为一种实时液体活检的检测对象，受到了临床研究的广泛关注。然而，在癌症患者的体内，循环肿瘤细胞在外周血中浓度非常低，通常每1mL血液中低至1-10个癌细胞。从血液样本中准确地捕获到所需的癌细胞，是目前CTCs临床研究的一个技术瓶颈。而最近的研究表明，在癌症病人体内，不仅仅存在着循环肿瘤细胞，还存在有循环肿瘤细胞团或循环肿瘤细胞簇(CTCclusters)。CTCclusters由多个CTCs、白细胞以及其他与癌细胞相关的其他细胞组成，大小不一。科学研究发现，与CTCs相比，CTCclusters显示出更高的转移能力，且进一步显示与预后不良有关。比如在肺癌中，CTCclusters与预后不良有关。肿瘤细胞可以在原发性肿瘤生长的早期阶段进入血液，而这些所谓的循环肿瘤细胞可能会引起肿瘤的远端转移。因此，检测CTC的存在，可以为恶性转变的存在提供一个很好的指示。CTC的分离和分析，对于进一步了解它们的性质，它们引发肿瘤转移的能力，以及对下一代癌症治疗的有效发展有重要意义。原发性肿瘤通常通过非侵入性的成像技术，如传统的放射学(x射线)、磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)和超声，或带有侵入性活组织检查的方法，在出现临床症状的阶段被检测出来。例如，从原发性肿瘤中脱落的细胞可以在骨髓中积累，因此需要进行侵入式的肿瘤活组织检查，以观察它们的存在，并监测治疗的效果。CTC检测技术可以通过简单的抽取外周血样本进行检测，帮助替代侵入性活组织检查，也可以称为液体活检。目前，CTC检测方法并没有被临床医生用来作为治疗决策，主要是因为基于CTC的治疗方法尚且缺乏随机数据来显示预后的改善。正如美国食品药品管理局(FDA)最近发表的指导方针所强调的那样，CTC检测系统的分析有效性对于其临床接受度是至关重要的。到目前为止，FDA唯一批准的CTC检测仪器是CellsearchTM系统，该系统是基于对EpCAM阳性细胞的免疫磁珠检测。CTC的有效分析中最具挑战性的部分是细胞捕获设计，因为这些细胞极低的丰度或罕见性。举例来说，在人体血液中，通常每毫升血液中含有109个红细胞和106个白细胞，而每毫升血液中含有0-10个CTC是具有非常重要的临床意义的。基于微流体的循环肿瘤细胞捕获技术已被应用于循环肿瘤细胞分子和功能研究多年，然而新的CTC标志物的发现和验证还处于初级阶段。理想的CTC标志物将在所有CTCs上表达，但不会在自身的血细胞(白细胞、内皮细胞、造血干细胞HSCs和骨髓间充质干细胞)上表达，且在入侵和循环过程中不会被抑制。基于细胞表面蛋白标记物的CTCs富集技术会运用到微柱或者磁性材料的设备，在芯片或设备内部结构表面上连接癌细胞表面抗原来靶向捕获CTCs，并且富集的CTCs都可以被用于后续的检测和表征的步骤。为了对CTCs进行精准的检测，通过免疫染色或反转录PCR(RT-PCR)的方法进行表型分析是对基因组分析的额外补充(如，荧光原位杂交FISH或单个细胞分析)，这样有助于避免假阳性的出现。通过使用抗体组合来对抗各种不同的标记，以减少CTCs的复杂异质性的影响，这样可以避免假阴性结果。基于RT-PCR的特定转录本检测与完整CTCs的捕获和可视化有很大的不同，而目标转录本的低水平不合理表达可能导致假阳性结果。目前，基于微流控筛选细胞的方法主要包括：(1)基于CTCs表面蛋白标记物的免疫荧光技术。该技术主要依赖能被抗体检测到的特定标志物。上皮细胞标志物在正常上皮细胞和上皮肿瘤(即癌组织)上表达，但在间充质白细胞上不表达，因此常常被用于区分癌细胞与正常血细胞。上皮细胞粘附分子(EPCAM)是最常用于富集的阳性上皮循环肿瘤CTC细胞的细胞表面标志物，并且是细胞角蛋白(即CK8，CK18和CK19)-细胞支架蛋白质类家族的成员，这是上皮细胞所特有的。这种上皮细胞特异性蛋白标记物已经成为了检测癌症患者循环上皮细胞表现型的“金标”的标记物。然而，应该指出的是，目前已经有研究报道了在良性结肠疾病患者中可检测到循环上皮细胞的存在，而这些细胞可能是假阳性结果的来源。(2)基于物理性质的技术。循环肿瘤细胞富集的另一种方法是利用其物理特性将其与正常血细胞区分开来。例如，最初认为肿瘤细胞比造血细胞更大(>8μm大小)并且更不易变形；因此，在过去几年里已经开发了基于细胞过滤和离心力的不同装置。然而，系统(JanssenDiagnostics，Beerse，Belgium)以及其他CTCs检测系统已经能鉴定识别出不同大小的CTCs，并且经历上皮细胞-间充质转化的CTCs也可能像白细胞一样可变形。因此，近来已经使用了更复杂的无标记方法，例如光声流式细胞术或涉及介电泳(DEP)技术。除了列举的CTCs外，还需要进一步的分子鉴定来确定这些细胞的性质。因此，过去几年中，关注四氯化碳特性研究的数量有所增加。(3)以硅基微粒子捕获或分离的方法可将循环肿瘤细胞从血细胞中分离出来，并将其与其他正常细胞分离。基于硅基微粒子的技术为CTCs的分离提供了有利的条件，因为它们不需要先了解这些细胞的表面生物标记，而特定的表面抗原不能识别所有的CTCs类型，CTCs也可以经受EMT和避免抗体的识别检测，因此，通过大小分离是分离这些CTCs的一种很有价值的方法。微制造技术使具有三维微结构或可控的孔尺寸的小型设备的制作成为可能，这种微结构可以设计成微阵列，用于CTCs的高通量捕获和分离。在这些间隙结构中，对CTCs细胞活性的保持使其成为CTCs分离的一种很有吸引力的方法。然而，现有技术主要针对单个CTCs，并且对于捕获细胞簇具有较低的灵敏度和特异性。大多数方法都是使用诸如抗EpCAM的抗体，来捕获基于特定表面标记的CTCs。然而，即使是来自同一肿瘤的癌细胞也可能不具有相同的表面标记物。综上所述，目前虽有多种方法可实现CTCs的筛选，但每种方法均存在一定的缺点与不足，直接影响了细胞筛选的效率和细胞的活性，难以达到对癌症转移的早期诊断。因此，还需要开发一种高效、准确、并行、无损伤的分选方法。在医疗和诊断领域，对于监测癌症治疗过程中的进展，更重要的，对于早期癌症检测，具有高通量、高效率和最小假阳性率的捕获系统是非常需要的。CTCs的分子生物学分析也有助于确定新的靶点，从而有助于开发新的治疗药物。为了能够更广泛的被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控芯片，用于捕获目标物，包括基底和位于所述基底内的微流体通道，所述微流体通道终端设置有样品入口和样品出口，其特征在于，所述微流体通道内设置有捕获单元阵列，所述捕获单元阵列包括多个空间物理捕获单元，所述空间物理捕获单元包括位于所述微流体通道内壁上的相邻两微柱和所述相邻两微柱之间的捕获空间；其中，所述相邻两微柱的高度小于所述目标物的尺寸；当含有所述目标物的样品溶液从所述样品入口注入并从所述样品出口流出时，所述样品溶液中的目标物因物理空间结构而嵌入所述捕获空间中。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，用于捕获目标物，包括基底和位于所述基底内的微流体通道，所述微流体通道终端设置有样品入口和样品出口，其特征在于，所述微流体通道内设置有捕获单元阵列，所述捕获单元阵列包括多个空间物理捕获单元，所述空间物理捕获单元包括位于所述微流体通道内壁上的相邻两微柱和所述相邻两微柱之间的捕获空间；其中，所述相邻两微柱的高度小于所述目标物的尺寸；当含有所述目标物的样品溶液从所述样品入口注入并从所述样品出口流出时，所述样品溶液中的目标物因物理空间结构而嵌入所述捕获空间中。2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述捕获单元阵列包括多排所述空间物理捕获单元，且位于同一排的空间物理捕获单元的微柱高度相同。3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述捕获单元阵列包括多排所述空间物理捕获单元，且所述空间物理捕获单元的微柱高度根据排数顺序呈梯度减小。4.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述相邻两微柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈松峰，
申请(专利权)人：晶准生物医学深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44