包埋取向性纳米纤维的生物芯片用于循环肿瘤细胞分离与捕获

Development of new techniques to isolate and enumerate Circulating Tumor Cells (CTCs) from peripheral blood is important for cancer diagnosis and therapy. Detection of CTCs are challenging because of the rarity of CTCs in blood and the lack of efficient, quick, and accurate methods for CTC enrichment and capture. This study aims to develop a novel technology to enrich and capture CTCs from the whole blood. The device contains of two components: (1) a microfluidic channel based on asymmetric pinched flow fractionation that could quickly separate CTCs from the whole blood according to size difference between CTCs and blood cells, and (2) uniaxially-aligned electrospun cellulose acetate (CA) nanofibers modified with folic acid (FA), or polyvinyl alcohol (PVA) nanofibers modified with either hyaluronic acid (HA) or lactobionic acid (LA). The nanofibers are embedded in the bottom of the microfluidic chips, responsible for capturing CTCs over-expressing FA, HA, or LA receptors via ligand-receptor mediated binding. By combining microfluidic technology and material science, this technology is expect to provide a simple, rapid, and accurate new method to capture CTCs and improves capture efficiency, purity and sensitivity. If funded, this study will provide useful information for evaluating tumor metastasis, predicting prognosis after resection, and providing new insights and theoretical foundations for personalized cancer therapy.

外周血中循环肿瘤细胞的检测为肿瘤诊疗提供重要依据，因而成为近年来研究的热点。血液中循环肿瘤细胞的数量极少，目前缺乏有效的技术手段将其快速、准确地富集和捕获。本课题拟依据非对称挤压流分离原理构建微流控芯片，依据细胞尺寸差别，从全血中快速富集循环肿瘤细胞，并且通过在芯片中包埋静电纺丝技术制备的取向性纳米纤维（包括表面修饰有叶酸的醋酸纤维素纳米纤维和修饰有透明质酸或乳糖酸的聚乙烯醇纳米纤维），依据配体-受体的特异性结合靶向捕获表面过度表达叶酸、透明质酸或是乳糖酸受体的循环肿瘤细胞。本课题通过联合应用微流体力学、纳米材料等学科技术，提高循环肿瘤细胞的捕获效率和纯度。我们期望通过本研究为临床评估肿瘤转移、监测疗效和预后评价提供可行的检测方法，并且为肿瘤的个体化治疗开辟新思路和提供理论依据。

随着全球癌症发病和死亡人数的持续增加，癌症已成为威胁人类健康和生命的头号杀手。癌症转移是导致90%癌症患者死亡的主要原因。血液中的循环肿瘤细胞（CTCs）在癌症转移过程中发挥了关键作用，因而血液中CTCs的富集与检测对于癌症的早期诊断、疗效评估和个体化治疗至关重要。因为CTCs在血液中极其稀少，现已开发大量分离及分析鉴定技术用于CTCs的富集和检测。近年来，基于纳米纤维和微流控芯片的CTCs富集和检测方法已成为研究的热点，使CTCs的高效分选和临床应用成为可能。.本项目利用包埋功能化纳米纤维膜的微流控芯片，构建了CTCs分选平台，应用于不同肿瘤患者血液中CTCs捕获和分选的研究。项目内容涵盖了利用静电纺丝法制备聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）或壳聚糖纳米纤维膜；利用化学法将其表面修饰靶向试剂（透明质酸、链霉亲和素、叶酸）使其功能化；研究了功能化纳米纤维的亲水性、血液相容性、生物相容性和体外静态捕获癌细胞效果，表明功能化的纳米纤维具有良好的靶向性；将功能化的纳米纤维和微流控芯片键合构成包埋功能化纳米纤维的微流控系统，研究该系统在不同流速下癌细胞的捕获效率，优化其流速；在最佳流速下，研究该系统在不同数量及不同类型的癌细胞下的分离效率；最后采用患者全血做实验，探究该系统在临床应用的潜力。此外，本项目还探索了基于超生驻波场和磁场的癌细胞分选原理，以及靶向分子修饰的材料用于肿瘤诊疗一体化。.综上所述，本项目通过对静电纺纳米纤维基底材料、高聚物弹性微球、磁颗粒、金纳米星等材料修饰不同的靶向试剂分子，应用于各种癌细胞的分选和检测，为发展新型的、复合型、多功能的快速、早期液体活检技术开辟新的思路。