面向肿瘤细胞microRNA原位定量分析的微流控光学系统研究

MicroRNAs have attracted extensive attention as novel liquid biopsy biomarkers, and precise and in situ monitoring of intracellular miRNA expression provides a novel tool for identification of metastatic cancer cells. In this project, we develop an integrated optofluidic system to perform in situ sensing and quantification of intracellular miRNA at single cell resolution. The system integrates a variety of components for single cell miRNA in situ analysis, including single cell encapsulation, droplet pico-injection, high resolution optical detection and droplet sorting. The optofluidic device integrated optical fibers and on-chip microlens, and the compact design increased the detection sensitivity and eliminated time consuming optical alignments. The system achieved the detection and quantification of intracellular miRNAs in a high throughput manner by using a novel LNA molecular probe strategy, and isolated metastatic cancer cells for further comprehensive genetic analysis. The proper characterization of intracellular miRNA expression is the key factor to understand cellular heterogeneity of cancer cells, and has tremendous potential in cancer precision diagnosis and targeted therapy.

在肿瘤的液体活检中，microRNA作为一种具有潜力的标志物，受到了广泛的关注。肿瘤细胞内miRNA的精准原位分析，可为鉴定具有转移能力的肿瘤细胞提供创新的技术手段。本项目构建了一个集成化的微流控光学系统，可以在芯片上实现单细胞水平的基因原位定量分析。芯片中集成了多个反应单元，包括肿瘤细胞的单细胞包裹、分子探针试剂注入和高分辨的荧光检测等。微流控光学芯片集成了光纤和微透镜结构，紧凑型的器件设计无需复杂的光学对准，并提高了检测的灵敏度和分辨率。在微流控平台上，我们采用了一种新型的锁核酸分子探针体系，可以高灵敏地实现单细胞miRNA的原位检测和定量分析，并分离出特殊表型的肿瘤细胞用于后续基因分析。高灵敏的单细胞原位miRNA分析是鉴定特殊表型的肿瘤细胞的关键，可以帮助我们深入理解肿瘤的异质性，并在肿瘤的精准诊断和靶向治疗方面具有巨大的潜力。

在癌症发生、进展和治疗的研究中，对肿瘤细胞内miRNAs的精准原位分析具有重要意义。在本项目中，我们建立了基于微流控光学平台的单细胞miRNA原位定量分析方法，实现了高通量、高灵敏度和操作简易的单细胞水平miRNA检测。为了对循环肿瘤细胞中的多种miRNAs进行原位定量分析，我们研发了二维MOF纳米传感器集成的液滴微流控流式细胞仪，通过向每个单细胞液滴精准微注射纳米探针，实现了对单细胞中双重miRNA的表征。我们还设计了光纤集成的微流控芯片，利用新型三元分子探针实现了微量样本中miRNA的高灵敏和高特异性检测。此外，我们还开发了过滤式确定性侧向位移芯片，用于高通量、高纯度的循环肿瘤细胞样本采集。在芯片结构设计方面，我们研发了新型微流控软磁结构芯片的制造工艺和基于震荡电场诱导电喷流技术的液滴芯片，这些技术提高了液滴精准操控的能力。项目执行期间，我们发表了8篇SCI期刊论文，获得了3项发明专利授权。本项目研究的微流控光学集成器件和纳米传感器，为肿瘤的精准医学和靶向治疗提供了小型化、高度集成、低成本和操作简易的研究平台，在液体活检领域具有广阔的应用前景。