稀有细胞捕获系统及其应用技术方案

本发明专利技术涉及生物与病理体液检测，尤其涉及一种从生物体液样本中分离稀有组分的系统及其应用，进一步涉及一种从全血细胞群体中分离稀有细胞的系统及其应用，特别涉及一种大容量、在线式、低溶血性从血液中收集循环肿瘤细胞的系统及其应用。

【技术实现步骤摘要】
稀有细胞捕获系统及其应用
本专利技术涉及生物与病理体液检测，尤其涉及一种从生物体液样本中分离稀有组分的系统及其应用，进一步涉及一种从全血细胞群体中分离稀有细胞的系统及其应用，特别涉及一种大容量、在线式、低溶血性从血液中收集循环肿瘤细胞的系统及其应用。
技术介绍
稀有细胞是指生物体液样本(包括血液、胸水、腹水、尿液、脑脊液等)中的一些非典型细胞。研究表明，对稀有细胞的收集及利用其完成NGS分析，对找到疾病潜在治疗机理、病理机制及靶向药物开发具有重要指导意义。目前血液中稀有细胞检测研究方法主要有流式分选技术、形态分离方法、密度梯度离心法、膜过滤法和免疫磁性分离技术，如BDFACSAris可以实现细胞高速分选，但流式分选的瞬时激光将损伤所分选细胞，分选活性后细胞活性受损。循环肿瘤细胞(circulatingtumorcell,CTCs)是指进入人体外周血的肿瘤细胞。虽然肿瘤患者外周血中CTCs数目极少，一般约107数量级血细胞中的CTCs仅为个位数(2-10个/ml)，但是CTCs是一种极重要的液体活检、一种判断预后及治疗间期随访的工具。由于循环肿瘤细胞数量极其稀少，对其检测的精准性和特异性要求颇高，而对其进一步的分析就更加困难，因此急需发展能够高效、大通量、快速的循环肿瘤细胞从血液样本中分离出来的便携方法与工具。人外周血中的循环肿瘤细胞是肿瘤病灶播散进入外周血循环的肿瘤细胞(CTCs)或细胞团(CTM)，幸存的CTCs或CTM离开血液循环进入到继发脏器的局部微环境，在各类生长因子的作用下增殖生长并最终可形成转移灶。循环肿瘤细胞是肿瘤血道转移灶的重要来源，而远处转移是导致肿瘤治疗失败、复发及死亡的直接原因之一，然而，只要早期发现和干预将可能大幅降低复发及转移率，因此从血液中检测循环肿瘤细胞越来越引起人们的重视；通过对CTCs的捕获及分析，可以辅助临床医生进行肿瘤转移复发预测以及早期预警，进行患者总生存期(OS)和无进展生存期(PFS)的评估、临床放化疗的疗效监测等，进而具有指导个体化医疗、改善肿瘤患者的生存状态的重要临床意义。如何更高效和准确的运用循环肿瘤细胞负荷作为潜在预测指标来指导实体瘤患者的病程分期和复发监控，甚至通过CTCs培养获得对化疗药物敏感性信息，已成为癌症研究中一个热门及重要的课题。但是，要想实现临床诊断或者对CTC进行实验室分析的前提是能够获取足够的CTC细胞。由于CTCs在外周血中每106～107个单核细胞仅含有1个CTCs，因此对CTCs检测技术的灵敏度和特异度均提出了极高要求。目前各种CTCs的检测方案主要包括CTCs分离和富集系统，以及CTCs检测和鉴定系统。其中CellSearchTM系统是最具代表性的CTCs分离收集系统，已被美国FDA批准应用于检测转移性乳腺癌循环肿瘤细胞的检测，CellSearchTM系统运用标记有针对EpCAM抗体的磁性颗粒进行血液中循环肿瘤细胞的捕获，但该系统仅对抽取的10ml血液进行检测，相对于全身循环血液，更多潜在的循环肿瘤细胞没有被检测，存在样本的选择性偏移，且该方法检测的样本已在体外静置数小时，细胞处于低氧甚至缺氧状态，此时捕获的循环肿瘤细胞已丧失活性，难以进行信号通路与功能性等分析，无法对其进行体外培养、单细胞测序等工作。近年来通过将微流控芯片技术与抗体捕获相结合发展出了一系列的循环肿瘤细胞芯片捕获技术。微流控细胞免疫芯片的方法是通过微流控装置(micro-fluiddevice)检测CTCs，该检测方法具有极高的特异性、敏感性、可重复性等特点，捕获的CTCs具有细胞活性，可分离，并用于细胞培养和其他各种下游技术研究，是CTCs临床应用价值研究的一种全新高效的方法。但是普通微流控细胞免疫芯片每次检测的血样体积较小，仍然存在样本的选择性偏移等缺陷。CTC的识别和表征可为研究、监测和最终改变转移过程提供了机会。然而，从血液中分离CTC而不造成破裂或其他损伤是困难的。大多数现有微流体系统的主要限制是，装置效率受到装置施加在血细胞和CTC上的剪切应力的限制。太大的剪切应力将破坏血细胞和CTC。当CTC破裂时，目标分离物(CTC本身)流失，CTC内部组分散落到流体中。当血细胞(主要是白细胞)破裂释放的细胞内物质进一步复杂化血液内的物种间的非特异性相互作用,使高纯度CTC提取变得更加困难。一些现有装置已经试图通过使用低通道微流体装置来减小剪切应力来避免破坏细胞，包括血细胞和CTC。然而，低通道导致流过通道的流体体积减小，进而导致非常低的流速。这样的装置不足以快速处理大量的血液以使其实用和有用。鉴于血液中未损伤CTC的极低丰度，快速处理大量(7-30mL)的血液是高产率分离完整CTC的先决条件。目前无论哪种体外CTCs收集分离装置，均不能对全身血液进行全筛选分析，均存在血液采集样本量少，CTCs收集数量不足，样本可能存在选择性偏移等问题。将现有的外置的CTCs收集分离装置在线接入体内血液循环则可能导致对血液中细胞的损伤，存在溶血的风险，装置造成溶血后的血液会产生细胞碎片促进凝血及血液质量下降，从而可能导致潜在的临床风险。因此，需要一种能够接入体内血液循环，在线收集CTCs，同时降低溶血风险，使得处理后的血液符合血液回输标准(1、无严重溶血；2、体外时间不超过6小时；3、不能使用能使红细胞溶血的液体清洗或处理血液)的，简单易行的，在线式大容量、低溶血循环肿瘤细胞收集系统。本专利技术的专利技术人经过创造性劳动，提供了一种满足上述标准的肿瘤细胞收集系统。上述系统具有下列优点：1、在保障CTC捕获效率的同时，保障血液流动力学及血液中细胞状态，满足血液回输标准；2、采用对微流控芯片小范围给与抗凝剂，与全身抗凝相比减少抗凝剂总使用量，降低全身抗凝的风险；3、可以在线接入血液循环系统，扩大血液样本分析量，甚至可以对全身血液进行CTCs细胞扫描，大大降低样本选择性偏移造成的系统误差；4、采用改进的微流控芯片技术，降低对血细胞的损伤，降低溶血风险；5、通过模拟心脏收缩的仿生泵为系统提供循环动力，减少对血细胞的挤压和剪切；6、可以将通过基于微流控芯片技术捕获到的循环肿瘤细胞无损的取出，进行分析或体外培养，将能更体现循环肿瘤细胞在肿瘤复发、耐药预测等发面的作用；7、本专利技术的系统不仅可以在线体外循环捕获稀有细胞，也可以离线实现流体的体外循环，从而提高捕获效率。8、本专利技术的系统不仅可以用于捕获血液中的稀有细胞，还可以用于捕获其他生物流体中的各种细胞，或者细胞组分。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在线式大容量循环稀有细胞捕获系统及其应用。在一方面，本专利技术提供了一种流体组分捕获系统，所述系统包括流体管道设备，循环动力装置设备，组分捕获设备和任选的抗凝剂释放设备；其中所述循环动力装置设备和组分捕获设备通过流体管道设备串联接入流体循环系统，形成体外流体循环通路；其中所述组分捕获设备包括微流控芯片或芯片组，所述微流控芯片内部包括扰流柱阵列。在一方面，本专利技术提供了一种流体组分捕获系统，所述系统包括流体管道设备，循环动力装置设备，组分捕获设备和任选的抗凝剂释放设备；其中所述循环动力装置设备和组分捕获设备通过流体管道设备串联接入流体循环系统，形成体外流体循环通路；其中所述组分捕获设备包括微流控芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流体组分捕获系统，所述系统包括流体管道设备，循环动力装置设备，组分捕获设备和任选的抗凝剂释放设备；其中所述循环动力装置设备和组分捕获设备通过流体管道设备串联接入流体循环系统，形成体外流体循环通路；其中所述组分捕获设备包括微流控芯片或芯片组，所述微流控芯片内部转角包括扰流柱阵列。

【技术特征摘要】
1.一种流体组分捕获系统，所述系统包括流体管道设备，循环动力装置设备，组分捕获设备和任选的抗凝剂释放设备；其中所述循环动力装置设备和组分捕获设备通过流体管道设备串联接入流体循环系统，形成体外流体循环通路；其中所述组分捕获设备包括微流控芯片或芯片组，所述微流控芯片内部转角包括扰流柱阵列。2.一种流体组分捕获系统，所述系统包括流体管道设备，循环动力装置设备，组分捕获设备和任选的抗凝剂释放设备；其中所述循环动力装置设备和组分捕获设备通过流体管道设备串联接入流体循环系统，形成体外流体循环通路；其中所述组分捕获设备包括微流控芯片或芯片组，所述微流控芯片内部转角均为平滑过渡的曲面。3.一种流体组分捕获系统，所述系统包括流体管道设备，循环动力装置设备，组分捕获设备和任选的抗凝剂释放设备；其中所述循环动力装置设备和组分捕获设备通过流体管道设备串联接入流体循环系统，形成体外流体循环通路；其中所述组分捕获设备包括微流控芯片或芯片组；其中所述循环动力装置设备包括模拟心脏挤压的仿生泵。4.根据前述权利要求任一项的系统，其中所述流体管道设备还包括与组分捕获设备并联的旁路管道，任选地，所述旁路管道上设置有可以调节流速的限流阀，优选所述限流阀为三通阀。5.根据前述权利要求任一项的系统，其中在循环动力装置设备和组分捕获设备之间设置有抗凝剂释放设备，所述抗凝剂释放设备包括抗凝剂缓控释放器，任选地，所述抗凝剂缓控释放器通过三通阀接入流体管道。6.根据前述权利要求任一项的系统，其中所述微流控芯片主体包括由下而上依次设置的基片层和盖片层，所述基片层和盖片层之间设...

【专利技术属性】
技术研发人员：石虎兵，李燕雏，徐琪，孔祥菊，王学焱，韩赫文，
申请(专利权)人：成都普瑞康生物科技有限公司，四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51