​利用3D打印装置创建个性化的癌症治疗方法

  忧涵绫        2019-11-25 17:16:00

佐治亚理工学院的医学研究团队很快意识到许多其他癌症研究人员所知道的:在患者样本中数十亿个血细胞中发现少数癌细胞是一项艰巨的任务。但是研究人员采用了一种新方法:他们将使用3D打印的细胞陷阱去除白细胞,并过滤出红细胞,仅留下肿瘤细胞。这将使医生能够及早诊断出癌症患者,并推动对癌症转移的研究。它还可以让医院对癌细胞进行测序,以确定其特定类型,然后根据患者的疾病调整癌症治疗方法。


捕获循环肿瘤细胞的其他尝试方法已尝试使用识别癌细胞上特定表面标记的微流技术从血液中提取它们。但是由于癌症会随着时间而改变,因此无法确定地识别出恶性细胞。即使捕获了肿瘤细胞,也必须从微流控设备中微小的旋回通道中去除肿瘤细胞,并与抗原分离而不会造成损害。


佐治亚理工学院的研究小组使用3D打印技术构建了带有抗原的细胞陷阱,这些抗原可以捕获样品中的白细胞。让研究人员大大扩展了陷阱中的表面积,以捕获白血球通过时的捕获。呈锯齿状的流体通道(可能长达半米)增加了每个白细胞最终接触通道壁的可能性。


在佐治亚理工学院的实验室中开发的3D打印细胞阱可捕获血细胞,以从血液样本中分离出肿瘤细胞。


佐治亚理工学院电气与计算机工程学院的助理教授A.Fatih Sarioglu说:“通常的微流体设备只有一层,通道的宽度为50到100微米。”“它们很厚,但大多数只是空塑料。使用3D打印可以将我们从单个通道中解放出来,并让我们在三个维度上创建更多通道,从而更好地利用空间。”


3D打印增加了通道密度,但同时也带来了工程挑战。较早的微流控设备可能会蚀刻出携带血液的通道。但是,通过逐层制造结构的3D打印,必须在通道中填充蜡,以便在其顶部构建更多通道。弯曲的通道结构旨在最大程度地增强细胞壁相互作用,因此在制造后几乎不可能去除蜡。


因此,研究小组确保将细胞阱装入标准离心机中,该离心机设计用于旋转样品以进行分离。然后可以在离心机中加热捕集阱并旋转以使熔化的蜡逸出。除去液体蜡后,通道被抗原包被。


除去白细胞后,较小的红细胞通过一个简单的商业过滤器,该过滤器会捕获癌细胞和任何剩余的白细胞。然后从内置于3D打印陷阱中的过滤器中移除肿瘤细胞。


乔治亚理工学院的研究人员检查了使用3D打印的细胞捕获器捕获的肿瘤细胞。捕集阱捕获白细胞以从血液样本中分离出肿瘤细胞。


团队的目标之一是开发一种方法,该方法需要尽可能少地处理血样。这将使诊所和医院更容易分析血样,而无需技术人员专门杀死。较少的处理还可以降低损坏肿瘤细胞的风险,并最大程度地减少可能干扰分析的其他细胞变化。


为了测试他们的方法,研究人员用生物素包被白细胞以加速测试。未来的细胞陷阱将使用抗原,这些抗原在没有生物素的情况下将细胞吸引到通道壁上。

​利用3D打印装置创建个性化的癌症治疗方法

然后研究人员将癌细胞添加到健康人的血液中。因为他们知道添加了多少个单元格,所以他们可以知道应该提取多少个单元格。测试表明,该陷阱可以捕获大约90%的肿瘤细胞。随后对前列腺癌患者的血液样本进行测试,从10毫升全血样本中分离出肿瘤细胞。


测试包括前列腺癌,乳腺癌和卵巢癌的细胞,但Sarioglu认为该设备将捕获任何类型癌症中循环的肿瘤细胞,因为其清除机制针对的是血细胞,而不是癌细胞。


下一步将是缩小设备中的通道,在不使用生物素的情况下测试白细胞的去除,提高白细胞提取的百分比,并连接细胞阱以增加捕获能力。

来源:MEMS

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