微流体控制技术在脑胶质瘤的应用研究

　　微流体控制技术在脑胶质瘤的应用研究

　　1、循环肿瘤细胞富集和分离检测

　　循环性肿瘤细胞(CTC)是指从原发肿瘤脱落至体液中并参与体内循环的肿瘤细胞，是肿瘤转移的重要途径。将这些细胞从体液中分离出来，可以作为一种微创、多时点的液体活组织检查，对早期诊断和病情判断具有重要意义。

　　特别是脑胶质瘤，这种影像学检查不能明确诊断，难以保留颅内肿瘤标本，CTC检查能最大程度地减少损伤，提供诊断依据。CTC的平均浓度低于100/ml，并且CTC的分布非常不均匀，难以作为种群进行分离。微流体是一种低成本、高通量、高精度的新型微流体技术，它是一种从物理、免疫等不同性质细胞中分离出来的方法。

　　微流体技术分离CTC的方法主要有抗体依赖和非抗体依赖两种。通常采用的非抗体依赖方法包括：过滤、声波分离、介电泳分离等，仅依靠细胞间物理性质的差异，成本较低，并通过改变剪切力、流速等变量来调节分离效率，从而实现高可控性。与此同时，可以通过细胞的速度，变形等数据来评价细胞骨架刚性，从而反映肿瘤的侵袭性。其作用是通过肿瘤细胞特定的表面标记，将相应抗体粘附于相应抗体通道或磁珠表面，经抗原抗体结合后，其分离精度更高。

　　通过以上的各种方法，已经有了与CTC相关的研究，但是与其它常见的肿瘤病相比，CTC在胶质瘤中的检出率还不够高，这主要是由于血脑屏障的作用，限制了胶质瘤细胞的检出率，影响到CTC的检出率。与此同时，神经胶质瘤存在明显的脑膜侵犯，血-脑屏障被破坏时，外周血中CTC水平可能升高；而脑脊液这种与脑组织间的屏障相对较弱的液体中CTC含量也很高，这将为今后的研究提供思路。

　　2、分子生物学诊断

　　癌症的发生和发展是伴随着基因变化的，同一种类型的肿瘤，由于基因型的不同，又会呈现出不同的特点，治疗方法和预后也不一样。MGMT、EGFR、TERT、IDH1等是神经胶质瘤常见的治疗相关基因。病理学检查是唯一的诊断手段，但因有瘤内的异质性，单片不能反映肿瘤细胞之间的差异和肿瘤的整体情况，诊断有一定的误差，并且可能会影响到治疗的决定。与此同时，周期长、成本高、效率低等缺陷也制约着它的发展。

　　微流体与单细胞成像相结合，可以提高胶质瘤的分子诊断，并以高通量微通道分析单个细胞。该方法具有成本低、检测量大、准确度高等特点，可用于单细胞EGFR、单细胞EGFR、检测PTEN等表达水平。与此同时，在肿瘤细胞进入通道后所呈现的细胞表型生物标记，如细胞形态、运动类型、可收缩性等特异变化，也体现了细胞病理状态，可以综合在诊断过程中提高准确性，并能反映肿瘤细胞侵袭性。

　　用特异的mRNA来检测胶质瘤细胞，如MGMT等变异基因所转录的特异性mRNA，此外，像miR-221这样的胶质瘤细胞表达增加的microRNA，也已被证实可以用于神经胶质瘤的分子诊断，相对于常规PCR扩增，更准确、快速。特别是近几年引进的10×Genomics等生物信息新技术，全部采用了微流体技术，能在极短的时间内，以极少量的样本建立基因文库，对于研究肿瘤异质性和精确治疗有重要意义。

　　另外，近年来研究炙手可热的细胞外泌体被视为一种信息传递形式，它内含有像RNA这样的遗传物质，分泌入周围组织，可以从体液中检测到，这为胶质瘤相关标志物的检测提供了新思路，并得到了证实。

　　3、胶质瘤细胞的体外培养和侵袭能力

　　ECM对肿瘤细胞的生长、侵袭性、转移等都有重要作用，因此如何构建精确的ECM是研究肿瘤发生发展的关键。ECM不仅包括诸如细胞因子等化学刺激，还包括细胞间作用和特殊应力等物理刺激，但传统的体外细胞培养环境属于简单2D环境，缺乏形成ECM的条件。用微流控技术可以建立多因素集成的立体ECM模型，如通过改变微流道管径来研究细胞之间的相互作用、控制氧等。糖分可以模拟不同环境细胞的代谢，通过微通道的形态改变剪切力等。它对生长在大脑这个特定结构中的神经胶质瘤影响很大。

　　因为血脑屏障的存在，胶质瘤转移极少发生，其恶性程度表现为肿瘤对周围脑组织的侵袭性。肿瘤细胞通过与ECM的粘附，并动态地破坏正常组织，从而实现肿瘤细胞的迁移；ECM不仅是由多种蛋白质和细胞因子组成的混合物，还具有与肿瘤细胞间密切的力学关系，而结合周围组织的硬度，对肿瘤细胞的侵袭有明显的影响。

　　在三维环境下，采用微流体技术，可以实现对肿瘤细胞和ECM的最精确控制，并能真实地模拟肿瘤细胞在脑内的迁移过程。神经胶质瘤外侵还伴有毛细血管增生，血流动力学的变化，以及压力、营养、氧梯度等都是刺激细胞迁移的重要因素。

　　常规培养环境不能模拟肿瘤组织的局部组织结构，微流控平台可以通过构建胶原和基质细胞微通道来模拟肿瘤周围的血液流动。利用低氧诱导材料，在改变液流速度的基础上，通过改变液流速度来模拟脑脊液流量的变化，并建立气态微道，提供最可靠的缺氧相关细胞行为ECM。与此同时，胶质瘤形成的毛细血管周围常有小胶质细胞聚集，此微流体平台的建立为研究肿瘤免疫和炎症反应提供了条件。

　　4、神经胶质瘤的药物研究

　　药品在细胞中的作用和ECM是密不可分的，而微流体控制技术提供的体外细胞培养平台可以更好地模拟肿瘤的真实环境、药物的渗透性、代谢、效用。与此同时，由于药物在脑组织中的作用也有其特殊性，在血脑屏障下，药物通过血-脑屏障后浓度发生变化，会影响药物的作用效果，所以体外胶质瘤化疗药物的研究需要模拟血液-屏障-细胞之间的层次关系。现在，一些研究人员设计了一种基于微流体芯片的血脑屏障模型，它可以在构造阻滞半通透性的同时，模拟血脑屏障的剪切作用，使血脑屏障更真实地反映药物的渗透过程。

　　关于肿瘤耐药性的研究，过去建立耐药细胞系需要长期培养，提高药物浓度，微流控平台可以通过设计不同浓度梯度的通道，快速诱导耐药细胞系。通过微流体技术构建的三维培养环境，除了细胞群体数量之外，还可以提供更为丰富的形态、迁移、血脑屏障及ECM改变等细胞信息，为研究药物和耐药机制提供了依据。

• 文章标题：微流体控制技术在脑胶质瘤的应用研究
• 更新时间：2022-01-19 17:19:34