近日，中國科學院深圳先進技術研究院（簡稱“深圳先進院”）醫工所微納中心的陳豔團隊在腫瘤液體活檢領域取得重要進展，研發了一種創新的微流控科技，能够同時分選癌症患者外周血中的迴圈腫瘤細胞（Circulating tumor cells，CTCs）和迴圈融合細胞（Circulating fusion cells，CFCs），可以一步式從全血樣品中分離出高純度、高活性的CTCs和CFCs，並完成高通量單細胞轉錄組測序分析。相關研究成果以Cascaded filter deterministic lateral displacement microchips for isolation and molecular analysis of circulating tumor cells and fusion cells為題發表在微流控領域頂尖期刊Lab on a Chip上。深圳市瑞格生物科技的劉宗彬博士、深圳市第二人民醫院的劉愛學主任、深圳先進院的陳豔研究員為論文的共同通訊作者。
一個世紀以前，德國病理學家Otto Aichel發現腫瘤細胞可以和免疫細胞融合，形成的融合細胞同時具備免疫細胞運動能力和腫瘤細胞的成瘤能力，更容易通過循環系統在體內擴散轉移，但由於科技手段的限制，這類融合細胞很難分選出來，無法做更深入的分析。
在本研究中，研究人員提出“過濾式確定性側向位移”（filter-DLD）的創新概念，通過微納結構設計和有限元多物理場分析，構建了一種流體力學新結構，可實現細胞運動軌跡精准操控。這種結構不但比傳統設計具有更低的臨界細胞分離尺寸，而且對血液中占比最多的紅細胞有極好的過濾效果。研究人員同時利用創新的流體力學結構，將filter-DLD結構綜合成高度集成的級聯式晶片（CFD-Chip），一方面大大提升了樣品分離的通量，另一方面通過不同微結構的組合實現CTCs和CFCs的高效分選：捕獲效率>96%，極高的純度（白細胞去除率99.995%），高活性（>98%）。囙此，CFD-chip在迴圈稀有細胞的分選中展示出極其優越的效能。微流控晶片無標記分選的便捷流程以及全血樣本的處理模式，為腫瘤液體活檢的臨床推廣提供了科研利器。
研究人員使用CFD-Chip分析了近百例臨床肺癌患者的樣本，高效收集了CTCs，並鑒定了一種新的CTC亞群：腫瘤細胞-白細胞融合細胞（CFCs），CFCs同時表達腫瘤細胞和白細胞marker。患者樣品中CTCs水准的變化，可以有效地應用於治療效果的評估和病情的動態監測。由於從CFD-Chip平臺獲取的腫瘤細胞具有極高的活性，可以直接用高通量單細胞RNA測序進行下游分析，結果顯示肺癌病人外周血中存在比CTCs數量更多的CFCs細胞。CFCs有望揭示腫瘤演化和轉移的新機制，為腫瘤早期診斷、預後判斷、療效監控、復發預測提供一種新型標誌物。
該研究工作得到了國家自然科學基金、中科院青年創新促進會和廣東省、深圳市等科技專案的資助。
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應用於迴圈腫瘤/融合細胞無標記分選的微流控晶片
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