还原敏感性纳米纤维增强微流控系统精准检测肿瘤转移的研究

The precise detection of circulating tumor cells (CTCs) plays an important role in understanding the mechanism of tumor metastasis and monitoring the prognosis, metastasis and recurrence of cancer. However, due to the extremely low amount of CTCs in human blood and the existence of multiple phenotypes of CTCs, it must firstly achieve the precise and efficient capture of CTCs and then conduct the subsequent analysis. In order to achieve precise and efficient capture of CTCs with multiple phenotypes, we will develop a reduction-sensitive nanofiber-enhanced deterministic lateral displacement microfluidic system which is modified with multiple CTC affinity molecules. This system holds such advantages: (1) it consists of cylindrical micropillars array arranged in a staggered angle, which can make a deterministic lateral displacement of the CTCs with larger size; (2) the surface of the micropillar covered with nanofibers mimicking extracellular matrix and modified by multiple affinity molecules, can enhance the specific binding between CTCs and the multiple affinity molecules, increasing the acquisition accuracy of CTCs; (3) the captured CTCs can be released safely and rapidly under the work of reducing agents, which would be convenient for the subsequent cell identification, single cell analysis and other researches. The system take advantages of the biophysical and biochemical characteristics of CTCs, which can effectively improve the acquisition accuracy of CTCs, and overcome the limitation that methods relying on the single characteristic of CTCs would omit cells with different phenotypes.

循环肿瘤细胞（CTCs）的精准检测，对深入理解癌症转移机制，以及对癌症预后、转移和复发的监测，具有十分重要的意义。然而，人体血液中CTCs的数量极其稀少，且存在多种表型，因此要首先实现对CTCs的精准高效的捕获，才能进行后续分析研究。为此，我们将构建一种多抗体修饰的还原敏感性纳米纤维增强的确定性侧向位移微流控系统。该系统具有以下特点：（1）微流控通道由呈一定角度交错排列的圆柱形微支柱阵列构成，实现对血液中尺寸较大的CTCs的分选；（2）微支柱表面覆盖有多抗体修饰的仿细胞外基质纳米纤维，能增强不同表型CTCs与纤维表面多种抗体的特异性结合，提高捕获精准度；（3）捕获到的细胞，在还原剂的作用下，可被安全快速地释放，便于进行后续细胞鉴定和单细胞分析等研究。该系统同时利用CTCs的生物物理和生物化学特性，将有效地提高对CTCs的捕获精准度，克服依靠单一特性而造成的对不同表型细胞的“遗漏”。

循环肿瘤细胞的精准检测，对深入理解癌症转移机制，以及对癌症预后、转移和复发的监测，具有十分重要的意义。然而，人体血液中循环肿瘤细胞的数量极其稀少，且存在多种表型，因此要首先实现对循环肿瘤细胞的精准高效的捕获，才能进行后续分析研究。为此，本项目初步构建了一种多抗体修饰的还原敏感性电纺纤维增强的微流控系统用于精准检测肿瘤转移。该系统由交错排列的微支柱阵列作为基底，微支柱表面覆盖有电纺纤维，两种或多种相关抗体通过二硫键修饰在纤维表面。当细胞与微支柱碰撞时，纤维状结构能增强细胞与表面抗体的特异性结合，提高捕获精准度。同时，在本项目的资助下，申请人完善了基于载聚多巴胺颗粒的串珠状电纺纤维膜基底的开发，并利用纤维膜的复杂表面实现了对循环肿瘤细胞的非特异性捕获。另外，在本项目电纺纤维制备和聚多巴胺颗粒（涂层）利用等方面，衍生出了其他的相关研究工作，主要是集中在肿瘤的局部给药系统的开发上。一方面是在筛选电纺纤维材料和优化纺丝条件的过程中，利用同轴或三轴电纺的方式，分别开发了两种内部具有腔室的多级结构纤维，可调控多种药物的程序性释放，最终将这两种纤维分别用于小动物体内肿瘤局部治疗或防复发的埋植剂。另一方面是在研究聚多巴胺颗粒（涂层）过程中，发现聚多巴胺颗粒在载入聚合物载体后，仍然可以实现将光能转化为热能，基于此，分别开发了载聚多巴胺颗粒/药物的微球给药系统和纤维给药系统，实现了对肿瘤局部的光热和化疗的联合治疗。