气动式肿瘤球自组装微流控芯片的研制及其高通量分析应用

肿瘤球作为一种三维模式的肿瘤模型，对体外开展基于组织模拟的肿瘤发生机理研究、肿瘤诊断与治疗、以及抗肿瘤药物筛选具有重要意义。目前体外肿瘤球研究方法无法实现简单快捷、高度均一、及实时动态高通量的操作与分析。微流控芯片是现代生命科学研究领域极具代表性的微型分析工具，其在肿瘤球高效制备研究方面具有明显的优势。然而，芯片内细胞的捕获操作多以物理手段为主，属一次性操作模式，缺乏多次重复性以及时间与空间控制的动态灵活性。本项目拟通过阵列式气动微阀集成微流控芯片实现精确控制的高通量细胞捕获、肿瘤球的自组装以及多种肿瘤模型的构建，并进一步对肿瘤球与抗肿瘤药物相互作用高通量分析技术与方法进行探索与研究。

针对现有肿瘤球宏观界面操作方法的局限性，本项目借助微流控芯片技术的微米级尺度细胞操作与分析能力，开展三维肿瘤细胞球相关的一系列操作与分析方法学研究。该研究首先采用多层软光刻技术，优化制备了平行阵列式微阀细胞捕获微流控芯片；然后开展了不同气压作用和不同液流环境条件下芯片内阵列式微阀对多种细胞的拦截定位与释放研究优化，实现了可快速精确控制的细胞捕获操作；并进一步开展了芯片内的多种肿瘤细胞球自组装，完成了不同体外肿瘤模型的构建；基于此，进而完成了肿瘤细胞球与抗肿瘤药物、肿瘤细胞球与载药纳米颗粒相互作用的实时、高通量分析。本项目研究过程中，通过采用集成微流控技术，我们建立了用于肿瘤球培养与高通量分析的系列化微操作系统，探究出了一种能够在微流控芯片内完成多次重复性、实时动态控制的细胞捕获与释放方法，拓宽微流控芯片技术在细胞操作方面的应用潜能，实现了更加简单、快捷、高效的时间与空间控制性细胞及细胞球操作，为实现体外肿瘤操作、肿瘤发生与肿瘤临床研究微型化提供了新方法。本项目的研究内容与预期目标均已实现，共发表SCI论文8篇（含2篇在线发表），其中影响因子5.0以上SCI论文4篇，总影响因子大于33；申报国家发明专利3项，其中授权1项。