基于微流控芯片的胶质瘤干细胞分选与单细胞源肿瘤球阵列化研究

Glioma is the most common type of malignant neoplasm in the central nervous system, with high incidence, mortality rate and the worst prognosis. More and more research has shown that glioma stem cells play a crucial role in the process of tumor initiation, retention, transfer and recurrence. However, the scarcity of glioma stem cells and their difficulty for isolation and purification have become the key technical bottleneck problem in the research of glioma stem cells. With the development of microfluidic technology, methods for cell separation based on deformability and sizes are being developed. Tumor cells which are small and/or more deformable are more likely to be tumor stem cells. Therefore, we established an integrated microfluidic platform for glioma stem cells separation and single-cell-derived tumor sphere assay, which combined of cell sorting unit with single-cell capture and culture unit. Cell sorting unit is used for cancer cell separation and recovery with different size and deformability. Single-cell capture and culture unit is used for single-cell capture, tumor sphere formation and drug screening. Compared with the current glioma stem cells separation methods, the device provides a new approach for cancer cell separation without using cell surface markers, and also, possesses practical potential to be applied as a sample preparation platform for glioma fundamental studies and clinical applications.

脑胶质瘤，是脑肿瘤中发病率最高、预后最差的肿瘤。越来越多的研究表明胶质瘤干细胞在肿瘤发生、维持、转移与复发过程中均发挥着关键性作用。然而胶质瘤干细胞数量稀少，分离及纯化较难，成为肿瘤干细胞研究的关键性技术瓶颈问题。随着微流控芯片技术的发展，利用机械性能(大小和变形性)进行细胞分离的方法取得了长足的进步，研究表明变形性强而/或小的肿瘤细胞更有可能成为肿瘤干细胞。为此，项目申请人拟制备一种多功能集成微流控芯片用于胶质瘤干细胞分选及单细胞源肿瘤球研究。该芯片集成了细胞分选单元与单细胞捕获培养单元，其中细胞分选单元用于不同大小和变形性胶质瘤细胞的分离和回收；单细胞捕获培养单元用于单细胞捕获、成瘤及药物筛选试验。与现有的胶质瘤干细胞分离方法比，本项目提供了一种不依赖于细胞表面特异性标记物进行胶质瘤干细胞分选的新方法，为胶质瘤干细胞分选提供了新的思路，并为胶质瘤基础研究及临床治疗提供新的工具。

依肿脑肿瘤治疗和预后目前所遇基础难题，以及微流控芯片的技术优势，该项目研究了适宜于细胞的生物机械性能(变形性和大小)与其生物学特性(肿瘤起始功能)之间关系相关问题研究的微流控芯片，并以其为技术平台，构建了一种体外高通量捕获单细胞并进行长期培养研究的模型。通过对不同大小和变形性单个肿瘤细胞的长期培养，研究了细胞大小和变形性对单细胞成球率和耐药性的影响。研究发现，神经胶质瘤中肿瘤干细胞存在异质性，肿瘤细胞的大小和变形性与肿瘤球的形成密切相关。单个小和/或更易变形的肿瘤细胞来源的肿瘤球具有比单个大和/或变形性差的肿瘤细胞更容易生成肿瘤球，更具备肿瘤干细胞的特性。此外，耐药性检测试验证明，单个小和/或更易变形的肿瘤细胞来源的肿瘤球具有比单个大和/或变形性差的的肿瘤细胞来源的肿瘤球更强的耐药性。因此，证明，肿瘤干细胞也存在异质性，即肿瘤干细胞的生物机械性能(变形性和大小)与其生物学特性(转移潜能和肿瘤起始功能)之间有密切的关系。通过以上及其相关研究，在Analytical Chemistry、TRC trend in analytical chemistry等期刊发表标注基金编号的SCI论文3篇，中文论文1篇。申请国家发明专利2项，获批两项实用新型专利。同时，在该项目研究过程中，课题组“基于微流控芯片的单细胞源肿瘤球的形成与耐药性研究”获西安市第十八届自然科学优秀学术论文一等奖，本人排名第一。