受希腊神话迷宫的启发，一个蚀刻有流体通道的新芯片将血液样本通过流体动力学迷宫将罕见的循环癌细胞分离成相对干净的流进行分析。它已经在乳腺癌临床试验中使用。
从血液样本中分离的肿瘤细胞有可能通过使医生计划定制治疗，监测遗传变化以及标记可能传播癌症的侵袭性细胞的存在来彻底改变癌症治疗。问题在于，循环癌细胞仅占十亿分之一的血细胞，并且没有很好的选择来准确捕获癌症干细胞，这些干细胞被认为特别具有攻击性和抗药性。
密歇根大学化学工程副教授苏尼塔·纳格拉斯说，“你不能在这些细胞周围放置一个盒子。”他与密歇根医学的马德琳和西德尼福布斯肿瘤学教授Max Wicha一起领导了芯片的开发。Wicha是癌症干细胞假说的先驱之一。
癌症干细胞在其基因表达中是流动的，从在血液中存活的嗜好的干细胞样细胞转变为更好的生长和分裂的普通细胞类型。通过抓住已知在细胞表面上的蛋白质，常规细胞靶向不能很好地起作用。
“他们的标记非常复杂，我们无法针对所有这些阶段制定标记，”Nagrath说。
基于大小的排序解决了这个问题，但直到迷宫，这种技术太不精确，无法单独使用。具有螺旋形通道的常规芯片使每个癌细胞被数千个其他细胞 - 特别是白细胞 - 污染。
迷宫中的迷宫重复，根据细胞的大小对血液的内容进行分类，较小的白色和红色血细胞积聚在流体通道的不同部分。许多力量在起作用：在曲线的内侧，漩涡将粒子推离墙壁。较大的癌细胞比较小的白细胞更难推动。在曲线的外侧，较小的颗粒感觉更多地被吸引到墙壁上。
但迷宫的创新之处在于它的大角落。
“与大多数癌细胞一样，较大的细胞由于弯曲而聚焦得非常快。但细胞越小，聚焦所需的时间就越长，”Nagrath说。“角落产生混合作用，使较小的白细胞更快地接近平衡位置。”
曲折的路线也意味着，化学工程的UM博士生和Cell Systems的论文第一作者Eric Lin能够在一个只有10厘米螺旋布局的芯片上安装60厘米的通道。
而且，无需等待癌细胞与陷阱或标记物结合，通过芯片的血流非常快。只需将捕获的部分血液通过第二个迷宫芯片运行，该团队就可以将污染癌细胞样本的白细胞数量减少10倍 - 这个过程只需要5分钟。
与大约9到50个肿瘤细胞混合的一千个白细胞可能看起来很多，但是在单细胞分析实验室中这种污染水平是可控的。该团队分析了各个细胞，以探索哪些基因具有活性，以及哪些突变存在于癌细胞中。
通过遗传分析，研究小组可以挑选出进入和离开干细胞状态的细胞，捕获癌症干细胞的谱系。他们用来自胰腺癌和晚期乳腺癌患者的血液样本测试了芯片。
“我们认为这可能是一种监测临床试验患者的方法，”Wicha说。“通过捕获它们，我们可以进行分子分析，而不仅仅是计数细胞，因此我们可以通过治疗来了解它们的目标。”
在由血液学和肿瘤学讲师Monika Burness经营的Wicha临床试验中，迷宫芯片正在从具有侵袭性乳腺癌的患者的血液中分离癌细胞。该试验正在调查一种阻断免疫信号分子的治疗方法是否可以通过暂时激活成体干细胞来帮助治愈伤口，这种分子可以帮助治愈对标准治疗无效的乳腺癌病例。
标签： 侵略性癌症干细胞
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