用声音分离血液中的癌细胞:一次性芯片价格便宜

2015-04-09 16:19:05来源: 互联网

  一张“声镊”装置的照片,这个装置有一美分硬币的两倍那么大。利用两个声换能器把细胞从血流中分离出来。

  “从血样中寻找随血液循环扩散的癌细胞就像在大海中捞针一样,”美国宾州州立大学工程科学与机械学教授黄竣介绍说,“在血样中,通常癌细胞和血细胞的数量比是一比十亿。”

  现有的癌细胞分离方法的原理是使用肿瘤特异性的抗体,这些抗体能与癌细胞结合,结合之后科研人员就能把这些癌细胞分离出来。但这类方法需要在分离前找到合适的抗体。其它的一些方法则是根据癌细胞和血细胞在大小、形态的可变化程度和电学性质上的差别来分离癌细胞。这些传统的方法都需要对样品进行共10分钟,每分钟3000转的离心,宾州州立大学科学家的这种新方法对细胞的处理要温和得多,使用的也是简单便宜的装置,原理是利用表面声波来分离癌细胞。

  利用声波来分离癌细胞在未来也许会很有用,因为这是一种非侵入性的方法,而且不会改变或是损害到细胞。不过要想在临床上得到有效应用,这类方法还需要满足速度快和应用便捷的要求。

  “要想显著的提高血液中这些数量稀少的癌细胞的捕获通量,需要对装置的设计进行优化,使血液在装置中的流速更快,声波的工作长度更长,”麻省理工学院材料科学和工程学领域的科学家道明介绍说,“通过对实验和模型构建两种手段进行整合,这种新一代装置的细胞分选通量提高到了此前的20倍,这使我们有可能将其用于分选病人样本中的癌细胞。”

  这些科学家同时使用实验和建立模型来对分离血液中癌细胞的方法进行优化。他们使用的工具是一种基于声学的微流体装置。让血液连续不断的流过这个装置,就能把癌细胞分离出来。利用不同种类的细胞大小和重量各不相同的特点,科学家可以选择合适的声压,把癌细胞从血流中“推”出去并收集到一个管子里。这项研究于4月6日发表在《美国科学院院刊》上。

  

  “声镊”将癌细胞从血细胞中分离出来的模式图,红色的为肿瘤细胞,绿色的为血细胞。

  斜角表面声波(tilted-angle standing surface acoustic waves)使用很少的能量就能把细胞从血液中分离出来。所使用声波的强度和频率与用于超声成像的声波差不多,这在此前就已经证明是绝对安全的,即使对胎儿来说也是如此。不仅如此,声波作用于每个细胞的时间都很短,不足一秒。另外这种方法也无需对细胞进行标记或是对其表面进行修饰。科学家将这种方法称作“声镊”,它的所有这些特点使利用声波来分离癌细胞非常具有生物相容性,并能使分离出的癌细胞尽最大的可能保持其功能和原始的状态,利于后续研究。

  如果将两个声波源相对放置,并发出相同波长的声波,那么就总会有一个位置,来自这两个声波源的声波在这里相互抵消。声波能产生压力,所以能够推动很小的物体,因此在声波的作用下,一个细胞或是纳米颗粒就会移动到这个声波相互抵消的位置,不再横向移动,在这项研究中,细胞就会被移动到用于分离细胞的流体中。

  科学家使用了两种人的癌细胞——HELA细胞和MCF7细胞来对这种声波分离方法进行优化。这两种细胞的大小差不多。科学家通过实验来对两种细胞进行分离,细胞的分离率超过了83%。随后科学家又使用其它的癌细胞进行了实验,在这些实验中没有再对实验装置进行优化,但分离率仍然超过了83%。

  “由于这些装置要与人的血液接触使用,因此需要是一次性的,”黄竣介绍说,“我们目前正在想办法,尝试解决制造和大规模生产的问题。”

  医生未来可以使用这种装置对病人化疗后的反应进行监控,对病情做出初步的诊断、决定治疗方法并对疗效进行预估。

  “这项成果是多学科学者合作的产物,参与者包括医生、工程师、计算生物学家和电子器件研究专家,这种合作设计并研发出了一种无须对细胞进行标记的平台。利用这个平台能够识别并分离出血液中的癌细胞,并保持这些细胞的完整性,” 美国卡内基梅隆大学的校长Subra Suresh介绍说,他也是这项研究的参与者之一。“这项技术为病理学和癌症转移领域的基础研究提供了新的方法,也为对数量稀少的癌细胞进行临床诊断提供了新方法。”

关键字:血液  芯片

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2015/0409/article_5625.html
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