一种在体循环肿瘤细胞透析系统技术方案

本发明专利技术提供了一种在体循环肿瘤细胞透析系统，它基于微流控芯片和蠕动泵等仪器实现活体动物/患者外周血中循环肿瘤细胞的捕获，具体表现为血液中的循环肿瘤细胞被捕获在微流控芯片的捕获单元中，而其他血细胞如白细胞和红细胞则能流出芯片，进而被重新输回体内。本系统包括：CTC分离捕获模块，用于血液中循环肿瘤细胞和循环肿瘤细胞簇的分离和捕获；血液体外循环模块，用于实现血液的进样和回输。本发明专利技术可用来捕获和移除血液中的循环肿瘤细胞，抑制癌症的进展，预防/阻断癌症转移的进程，为肿瘤的控制和治疗提供了一种新的高效的手段。此外，基于获取的CTC可以获取活体动物/患者的基因组学蛋白组学等多维实时个性化信息。因组学蛋白组学等多维实时个性化信息。因组学蛋白组学等多维实时个性化信息。

【技术实现步骤摘要】
一种在体循环肿瘤细胞透析系统
[0001]本申请要求于2020年11月25日提交中国专利局、申请号为202022766020.3、专利技术名称为“一种在体循环肿瘤细胞透析系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本专利技术属于生物医学工程领域，涉及一种在体循环肿瘤细胞透析系统，具体来说循环肿瘤细胞透析系统是指，通过捕获和去除活体动物/患者体内的CTC，阻断和抑制肿瘤的转移，通过定性和定量检测捕获的CTC，获取活体动物/患者的多组学实时全谱个性化肿瘤信息，实现精准诊断、快速药物筛选、实时疗效评估、长期复发监测预后等目的。

技术介绍

[0003]绝大多数癌症患者(>95％)在诊断时就已经发生了转移，转移是癌症死亡的主要原因，90％以上的癌症患者死于转移而非原发瘤。目前的主流癌症治疗手段(手术、放疗和化疗)对此束手无策，过去10年，对已发生转移的癌症患者5年存活率几乎没有提高。癌细胞从原位瘤脱落，穿过血管内皮细胞之间的间隙进入血液成为循环肿瘤细胞(circulating tumor cell，CTC)。CTC是癌症转移的关键一环，没有CTC就没有癌症的转移。大量研究表明早在癌症形成转移灶之前，血液中就可检测到CTC。此外，CTC的个数与病人预后密切相关，CTC个数≥5个/7.5mL的患者的总存活期(22.6个月)远低于<5个/7.5mL的患者(4.1个月)。因此，通过透析的方式去除血液中的CTC或降低血液中CTC的个数，能阻断癌症转移的进程，显著改善患者的预后。
[0004]尽管目前已经有多种方法能实现CTC的捕获，但离真正的CTC透析还有较大的距离。基于抗原抗体的CTC捕获，需要预先进行抗体的包被，操作过程较为复杂且成本高。更重要的是它所能应用的流速较低，与血液流速不匹配，且捕获位点有限。目前已有的方法(1)采用EpCAM抗体对Seldinger导线进行包被，随后插入癌症患者的肘静脉持续30min时间，最后对导线上捕获到的CTC进行免疫荧光染色和检测。(2)采用基于抗原抗体的CTC捕获芯片，连接微控制器、蠕动泵、肝素注射器，捕获和检测犬类模型静脉血中的CTC。采用此方法，2h可分析10
‑
20mL血液。除此以外，还有基于物理性质的CTC捕获，但也存在很大的问题，如：血液通常需要预处理——大比例稀释或裂解红细胞；以及流速不匹配往往过高或过低等，导致出口得到的血细胞不能直接无害回输。

技术实现思路

[0005]专利技术人经过多年研究，提出了一种在体循环肿瘤细胞透析系统。该系统能将血液循环中的肿瘤细胞进行捕获和清除，可以减缓或阻断癌症的转移，改善预后。除此之外，通过对捕获到的循环肿瘤细胞进行检测和分析，可以获取癌症多组学个性化实时信息，达到集精确诊断、药物筛选、疗效评估、复发监控预后等目的。此外，对CTC进行更深层次的研究也可以为深入了解癌症发生和转移的机理以及为寻找更好的临床治疗靶点奠定基础。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种在体循环肿瘤细胞透析系统，包括：
[0007]CTC分离捕获模块，用于血液中循环肿瘤细胞和循环肿瘤细胞簇的分离和捕获；
[0008]血液体外循环模块，用于将所述CTC分离捕获模块和活体动物/患者建立连接，实现血液向CTC分离捕获模块的进样，和血液流出CTC分离捕获模块向活体动物/患者的回输。
[0009]本专利技术第二方面提供了一种采用本专利技术第一方面提供的在体循环肿瘤细胞透析系统的在体循环肿瘤细胞捕获方法，活体动物/患者的血液在CTC分离捕获模块进行循环过滤和捕获，捕获血液中的循环肿瘤细胞；所述血液体外循环模块，用于将微流控芯片出口流出的其他血细胞回输至活体动物/患者体内。
[0010]进一步地，捕获的循环肿瘤细胞可以被在线检测，或被反冲收集实现CTC的多组学信息定性定量检测。
[0011]本专利技术第三方面提供了一种微流控芯片，包括相互连通的第一入口、一个或者串联排列的多个汇聚分流单元、第二入口，捕获单元，第二出口、流阻匹配通道以及第一出口。
[0012]本专利技术第四方面提供了本申请第三方面提供的微流控芯片用于捕获目标颗粒(例如CTC等)的用途。
[0013]本申请第五方面提供了采用本申请第三方面提供的微流控芯片捕获目标颗粒的方法，包括：将液体样品经所述微流控芯片的第一入口输入，样品中的目标颗粒被捕获单元捕获，去除目标颗粒后的液体样品经第一出口输出。
[0014]本专利技术提供的在体循环肿瘤细胞透析系统，具有以下有益效果：
[0015]1.采用基于物理性质的方法进行CTC的分离和捕获，流速能与体内血液流速相匹配，不会过高或过低，能在较短时间内透析较大体积的血液(几十到上千mL/h)；
[0016]2.血液不需要预处理，可以直接通入微流控芯片，并通过微流控芯片自身流道结构进行细胞的分离捕获；
[0017]3.整个过程只需要一步，一个固定的流速，即可实现CTC和其他血细胞的分离，简单方便；
[0018]4.出口得到的血细胞可以直接回输至体内。
[0019]本专利技术提供的在体循环肿瘤细胞透析系统，能将血液循环中的肿瘤细胞进行捕获和清除，可以减缓或阻断癌症的转移，改善预后。进一步地，可以通过对捕获到的循环肿瘤细胞进行检测和分析，获取癌症多组学个性化实时信息，达到集精确诊断、药物筛选、疗效评估、复发监控预后等目的。此外，对CTC进行更深层次的研究也可以为深入了解癌症发生和转移的机理以及为寻找更好的临床治疗靶点奠定基础。此外，该系统采用的微流控芯片也适用于大量处理体液，如：尿液，腹水，灌洗液，白细胞清除术富集液(Leukapheresis)等。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为在体循环肿瘤细胞透析系统的模块构成示意图；
[0022]图2为在体循环肿瘤细胞透析系统的组成结构示意图；
[0023]图3为微流控芯片的实物图；
[0024]图4为微流控芯片整体结构的设计图；
[0025]图5为微流控芯片汇聚分流单元的放大图；
[0026]图6显示了采用本申请的在体循环肿瘤细胞透析系统进行“透析式”循环过滤CTC结果；
[0027]图7显示了采用本申请的在体循环肿瘤细胞透析系统进行CTC过滤后，捕获单元处CTC的染色图；
[0028]图8显示了采用本申请的在体循环肿瘤细胞透析系统进行CTC过滤后，反冲收集CTC的结果；
[0029]图9为小鼠血液透析预实验示意图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在体循环肿瘤细胞透析系统，其特征在于，包括：CTC分离捕获模块，用于血液中循环肿瘤细胞和循环肿瘤细胞簇的分离和捕获；血液体外循环模块，用于将所述CTC分离捕获模块和活体动物/患者建立连接，实现血液向CTC分离捕获模块的进样，和去除CTC的血液流出CTC分离捕获模块，回输回活体动物/患者体内。2.如权利要求1所述的在体循环肿瘤细胞透析系统，其特征在于，所述CTC分离捕获模块包括至少一个CTC分离捕获所用的微流控芯片和与微流控芯片相连接的导管；所述血液体外循环模块包括可控连接阀，动静脉连接导管，蠕动泵和肝素泵；所述可控连接阀用于连接动静脉连接导管和与微流控芯片相连接的导管，同时控制导管之间的连通和封闭；所述动静脉连接导管用于活体动物/患者与外部仪器设备的连接，所述蠕动泵用于实现血液从活体动物/患者流向所述微流控芯片；所述肝素泵用于实现血液的肝素滴注。3.如权利要求2所述的在体循环肿瘤细胞透析系统，其特征在于，所述微流控芯片包括相互连通的第一入口、一个或者串联排列的多个汇聚分流单元、第二入口，捕获单元，第二出口、流阻匹配通道以及第一出口。4.如权利要求3所述的在体循环肿瘤细胞透析系统，其特征在于，当所述第二入口和第二出口开放，以使液流通过所述第二入口或第二出口进入捕获单元时，期望进入捕获单元的液流占注入总液流体积比Y，与捕获单元的流阻R
capture
，汇聚分流单元总流阻R
focus
‑
separation
和流阻匹配通道的流阻R
match
满足：R
match
＝[(R
capture
+R
focus
‑
separation
)Y
‑
R
focus
‑
separation
]/(1
‑
Y)。5.如权利要求3所述的在体循环肿瘤细胞透析系统，其特征在于，所述第一入口处还包括过滤装置，所述过滤装置中包括直角转弯结构。6.如权利要求3所述的在体循环肿瘤细胞透析系统，其特征在于，所述汇聚分流单元包括汇集口、一个或通过主通道连通的多个汇聚结构和两个分流通道；所述汇聚结构包括中心通道以及旁侧支流通道，其中中心通道在两端均与主通道相接并且同轴排列；所述汇集口和与之相连的主通道之间包括主通道收窄处；所述汇聚分流单元能够根据目标颗粒的大小对其实现分离，其设计可根据目标颗粒的大小进行调整。7.根据权利要求4所述的在体循环肿瘤细胞透析系统，其特征在于，设W2表示主通道收窄处的宽度，r
cell
表示样品中目标颗粒物平均半径，d1表示液流中最靠近主通道收窄处一侧边界的目标颗粒物的质心与该侧边界的距离，R1是每个汇聚分流单元中第一个汇聚结构的中心通道的流阻，R2是第一个汇聚结构中单条旁侧支流通道的流阻，上述参数满足下列条件：其中d1的取值等于r
cell
，或者稍小于r
cell
。8.如权利要求3所述的在体循环肿瘤细胞透析系统，其特征在于，所述的微流控芯片的汇聚分流单元能够将样品中的目标颗粒汇聚在液流的中心，同时将不含目标颗粒的液流分流到出口排出，实现了目标颗粒的浓缩和液流的降速。9.如权利要求3所述的在体循环肿瘤细胞透析系统，其特征在于，所述捕获单元能够根
据目标颗粒的大小对其实现分离和捕获，所述捕获单元的设计可根据目标颗粒的大小进行调整。10.如权利要求3所述的在体循环肿瘤细胞透析系统，其特征在于，所述捕获单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨根，芦春洋，韩锦涛，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：