發(fā)布日期:2017-05-17
研究的第一作者Yu-Chih Chen領導開發(fā)了這種可以通過激光單個釋放特定細胞的芯片。(圖片來源: Michigan Engineering)
芯片上的器官日益成為了科學研究人員較為喜歡的一種研究手段,將不同種類的細胞在芯片上營造出微流體培養(yǎng)環(huán)境,從而可以在某種程度上模擬真實器官的部分功能。
科學家們已經開始嘗試通過芯片上的器官來了解疾病和開發(fā)新的治療方式——比如癌癥。
對于癌癥來說,癌細胞在微流體芯片上的研究,有望幫助我們揭開癌細胞轉移的奧秘。如何能夠讓單個的細胞從芯片上實現(xiàn)無損的精準釋放,是對癌細胞“進化”過程研究的前提。
為此,來自密歇根大學的研究人員開發(fā)了一種新型的微流體芯片,可以實現(xiàn)單個細胞的篩選和無損釋放。研究發(fā)表在《ACS NANO》上。
新式芯片的設計原理示意圖。(圖片來源:ACS NANO)
在芯片的底部是由碳納米管-聚碳納米管 - 聚二甲基硅氧烷復合材料。當癌細胞在復合材料的表面“落戶”后,它會吸附到表面。如何能夠巧妙的實現(xiàn)單個細胞的釋放呢?研究人員在細胞附近從外部對芯片給予納秒級別的激光短脈沖,光能量被碳納米管吸收后,使得納米管升溫。納米管和聚二甲基硅氧烷之間滯留的空氣因而膨脹,膨脹后的氣體穿過聚合物層使得細胞溫和的與芯片底部分離,得到釋放,就像在吹泡泡一樣。
激光產生氣泡釋放細胞的過程。(圖片來源:Yu-Chih Chen, Yoon Lab)
研究進一步驗證,這種釋放方式能夠保留細胞的活力、膜蛋白和mRNA表達水平。這種精確的釋放是非常具有挑戰(zhàn)性和研究意義的。表面蛋白質不被破壞是用于鑒定癌癥干細胞的重要途徑。
項目的領導者,來自電氣工程和計算機科學的 Euisik Yoon教授表示,終極目標是要找出是什么驅動這些癌細胞的“自我更新”過程,使這些侵略性癌細胞表現(xiàn)得像干細胞。
這種癌癥干細胞,能夠通過打開或者關閉不同的基因,分裂并變成不同種類的癌細胞。如果我們可以關閉干細胞樣的特性,癌癥就無法生長和擴散。
有了這種新型微流體芯片的幫助,研究人員就可以找到癌癥干細胞“自我更新”的關鍵性基因。
無損的精準細胞釋放意味著在芯片上,來自同一原始癌細胞分裂來的姐妹癌細胞,可以輕松的進行比較,科學家們有望通過這一點對癌細胞譜系進行精確的基因分析。這種芯片研究可以用來探討癌細胞是如何實現(xiàn)分裂和轉移,還可以解釋為什么一些癌細胞會對藥物產生耐藥性。
第一作者Yu-Chih Chen表示,如果我們能夠鑒定出一些關鍵基因,或者潛在的藥物靶點,那么藥物研究人員就可以開發(fā)一種化合物來靶向它。
在未來,癌癥有望實現(xiàn)研究人員稱之為“功能性治愈”的治療狀況,類似HIV的管理。癌癥并不一定必須根除。如果我們可以停止癌癥的生長和轉移,那么就可以使癌癥患者過上健康的生活。
參考資料
[1] 'Sister cell' profiling aims to shutdown cancer metastasis
[2] Selective Photomechanical Detachmentand Retrieval of Divided Sister Cells from Enclosed Microfluidics forDownstream Analyses
來源:康健新視野(微信號 HealthHorizon)