基于血流动力学模拟芯片的循环肿瘤细胞生物学特性研究

Circulating tumor cell (CTC) is a special form of tumor cells and an inevitable stage of the hematogenous metastasis. CTC is a key factor deciding survival rate of patents and therapeutic regimen. However, how primary tumor cells enter circulation system and become CTCs, how CTCs survival and adapt to blood stream environment and eventually extravasate to form secondary tumor are still obscure. The lack of effective research tools is one of major reason for this situation. In this project, we will design and perfect an in vitro model for studying metastasis of tumor cells in hemodynamic environment using microfluidic techniques. Using this model, we plan to realize real time observation and manipulation of the behavior of CTCs under near-physiological/pathological, hemodynamic conditions. At the same time, we will investigate the mechanism of key events took place during the tumor metastasis. The implementation of this project will provide novel technical platform for the research of hematogenous metastasis of tumor cells and will greatly promote early prevention and treatment of cancer.

循环肿瘤细胞（CTCs）是肿瘤细胞经血道转移时的特殊存在形式和必经阶段，是决定病人生存率和治疗方案的关键指标之一。然而原发肿瘤如何进入血循环成为CTCs、CTCs如何在血流环境中生存、适应以及最终出血管形成继发瘤，这一系列过程的机理尚不明确，缺乏有效的研究工具是制约相关研究的主要原因之一。本课题拟利用微流控技术构建并完善肿瘤细胞转移血流动力学体外研究模型，实现实时动态监测和干预CTCs在近生理、病理血流动力学环境下的行为及其相伴的关键分子事件的发生、发展，进而揭示其机理。本课题的实施将为肿瘤细胞经血道转移的机理研究提供新型技术平台并有望大大促进其研究进展及早期防治。

本课题拟利用微流控技术构建并完善肿瘤细胞转移血流动力学体外研究模型，实现实时动态监测和干预循环肿瘤细胞在近生理、病理血流动力学环境下的行为及其相伴的关键分子事件的发生、发展，进而揭示其机理。本人及课题组成员紧紧围绕课题计划书开展工作。我们针对循环肿瘤细胞在血流环境中的生存、转移等关键病理过程和病理机制以及基于纳米材料的肿瘤治疗展开研究。首先在微流控芯片上构建了能够全面模拟血管内力学环境的微流控芯片，实现了动脉、静脉、毛细血管的力学环境和化学环境的模拟，研究了循环肿瘤细胞在血管内的行为以及和血管壁的相互作用以及上述行为在药物干预下的变化。研究发现循环肿瘤细胞在毛细血管生存率最高，且容易粘附和转移，而铂纳米颗粒可以有效抑制其粘附。此外，我们还建立了神经-肿瘤细胞相互作用研究平台，相关研究发现肿瘤细胞可以沿着神经突进行迁移。神经递质可以诱导肿瘤的生长和转移，而靶向神经生长因子的纳米药物可以有效抑制神经因素对肿瘤生长的影响。我们还开发了系列基于球形核酸、纳米笼以及纳米酶的抗肿瘤药物，为肿瘤的防治提供了新的方案。另外，我们还利用基因编辑工具CRISPR快速构建了肿瘤耐药模型，通过该模型发现了可以治疗耐药肿瘤细胞的新的药物组合，为快速筛选抗癌药物提供了新的手段。我们还发展了一系列纳米载体用于递送CRISPR/Cas9对肿瘤组织进行基因改造用于治疗肿瘤，为肿瘤的防治提供了新的理念和手段。总之，通过该项目的支持，我们不但完成了既定任务，还开展了一些新方向的研究，为今后的相关工作提供了基础。