新的声学装置将肿瘤细胞与血细胞分开

时间：2021-06-02 10:52:04 来源：

工程师团队开发出一种新的声学装置，将肿瘤细胞与血细胞分开，帮助医生预测肿瘤是否会传播。

来自麻省理工学院，宾夕法尼亚州立大学和卡内基梅隆大学的研究人员已经设计了一种通过将它们暴露于声波而流过微小的频道来分隔细胞的新方法。它们的装置，关于一毛米的大小，可用于检测癌症患者血液中循环的极少数珍稀肿瘤细胞，帮助医生预测肿瘤是否会传播。

用声音分离电池提供了对现有的细胞分拣技术的温和替代品，需要将细胞与化学物质标记或将它们暴露于可能损坏它们的机械力。

“声压力非常温和，并且在对细胞的力和扰动方面非常小。这是一种最温柔的方式来分离细胞，并且没有必要的人工标签，“麻省理工学院材料科学与工程系的主要研究科学家和本文的高级作者之一，Ming Dao表示，这是本周的国家科学院的诉讼程序。

Carnegie Mellon总裁，Vanneavar Bush教授Emeritus议员和麻省理工学院的工程前院长和工程师科学教授，宾夕法尼亚州的工程科学和力学教授，也是本文的高级作者。牵头作者是MIT Postdoc Xiaoyun Ding和Zhangli Peng，这是一位前MIT Postdoc，谁现在是巴黎圣母院大学的助理教授。

研究人员已经提出了该装置的专利，它们已经证明的技术可用于将罕见的循环癌细胞与白细胞分离。

为了使用声波对单元格进行分类，科学家们先前构建了具有两个声学传感器的微流体装置，在微通道的两侧产生声波。当两个波相遇时，它们组合以形成常设波（一个保持恒定位置的波）。该波产生压力节点或低压线，平行于细胞流方向运行。遇到此节点的单元格被推到通道的侧面;电池运动的距离取决于它们的尺寸和其他特性，例如可压缩性。

但是，这些现有设备效率低下：因为只有一个压力节点，所以电池只能被推挡即可。

来自MIT，Penn State和Carnegie Mellon大学的研究人员展示了它们如何使用声波分离细胞和粒子。视频：梅兰妮·戈尼克（Melanie Gonick）/麻省理工学院

新设备通过倾斜声波来克服障碍物，使它们以一个角度跨越微通道运行 - 意味着每个细胞在流过通道时遇到多个压力节点。每次遇到节点时，压力都会引导小区稍微偏离中心，使得在到达通道的末端时更容易捕获不同大小的单元格。

这种简单的修改显着提高了这种装置的效率，伊利诺伊大学机械科学与工程教授，伊利诺伊州厄巴纳 - 香槟大学。“这足以让不同尺寸和属性的细胞彼此分开，而不会对他们造成任何损害或伤害，”萨夫说，谁没有参与这项工作。

在这项研究中，研究人员首先用塑料珠子测试了该系统，发现它可以将直径为9.9和7.3微米（千分之千毫米）的珠子分离约97％。它们还规定了一种计算机模拟，可以基于其尺寸，密度和可压缩，以及声波的角度来预测电池轨迹，以及声波的角度，允许它们自定义设备以分离不同类型的小区。

为了测试该装置是否可用于检测循环肿瘤细胞，研究人员试图将称为MCF-7细胞的乳腺癌细胞与白细胞分离。这两种细胞类型的尺寸不同（用于MCF-7和12微米的直径为2微米，用于白细胞上的12微米），以及密度和可压缩性。该器件成功地恢复了癌细胞的约71％;研究人员计划用来自癌症患者的血液样本来测试它，看看它在临床环境中如何检测循环肿瘤细胞。这种细胞非常罕见：1毫升的血液样本可能仅含有几种肿瘤细胞。

“如果你可以检测到这些罕见的循环肿瘤细胞，这是研究癌症生物学的好方法，并诊断原发性癌是否已经移动到新的网站以产生转移性肿瘤，”DAO说。“该方法是用于检测体内循环肿瘤细胞的前一步。Suresh说，它有潜力为癌症研究人员，临床医生和患者提供安全有效的新工具。

该研究由美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会资助。

出版物：萧云丁等人。，“使用倾斜角度静置表面声波的细胞分离，PNA，2014; DOI：10.1073 / pnas.1413325111

图像：克里斯汀·丹尼尔洛夫（Christine Daniloff）

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