解析单个癌细胞检测技术

在很多医疗不发达的地区，医生有限，资源奇缺，购买昂贵的诊断设备更是难以实现。而这些地方的癌症患者又常常因为无法及时获得早期诊断，错失佳的治疗时间，而失去宝贵的生命。近年来自美国哈佛大学和麻省理工大学的研究人员共同开发了一种袖珍微流体设备，可在血液样本中检测出单个癌细胞，帮助医生快速诊断癌症是否已从原发病灶转移或扩散。研究人员在3月17日《Small》杂志网络版上详细描述了这一新型微流体设备。
        新型微流体设备的开发者之一是来自哈佛-麻省理工卫生科学与技术部成员、哈佛医学院生物医学工程学系教授Mehmet Toner。Toner在四年前就曾开发过一个早期版本的设备。该设备的表面包含微流体的抗体芯片。当患者的血液流经包被着特定抗体的成千上万个微小硅柱（silicon post）时，特定的抗体位点就会及时捕获血液中的癌细胞。尽管这一设备能够非常高效地捕获癌细胞，然而还是有一些细胞有可能根本无法接触到这些硅柱。
    Toner考虑是否能通过提高这些硅柱的渗透性，促使细胞更准确地流过它们，从而提高捕获癌细胞的几率。为了达到这一目的，他从麻省理工学院航空学和航天学系副教授Brian Wardle那里寻求了帮助。通过二人的相互协作开发出了这种表面密布碳纳米管的新型微流体设备。相对于原来的版本，其捕获癌细胞的效率提高了8倍。
    由于循环肿瘤细胞（从肿瘤原发病灶中脱落的癌细胞）在血液中的数量非常少（每毫升血液样品中包含数百亿个正常血细胞，而通常只有几个癌细胞），因此在正常情况下很难被检测出来。然而检测这些脱落的癌细胞确是确诊癌细胞是否转移的一个重要的方法。
  “在90%的癌症死亡病例中都存在有肿瘤从原发病灶转移扩散的现象，”Wardle说。
 
    在设计先进材料时，Wardle常常会使用到碳纳米管。这种微小、中空的圆柱体样物质管壁是碳原子组成的晶格。由这些碳纳米管组合的物质具有高渗透性：通常一个碳纳米管丛每平方厘米包含100-1000亿个碳纳米管，其中不到1%的为碳成分，其余的均是空气，这使得留有充足的空间供血流通过。
    研究人员将各种不同几何形状的碳纳米丛放置到微流体设备中。与早期设备相似，每个碳纳米管的表面均包被着特异性识别癌细胞的抗体。然而，由于血流能够通过和环绕这些碳纳米丛，从而确保了靶细胞能够有更多的机会被捕获。
    现在研究人员正在努力开发出用于HIV诊断的微流体设备。Toner的早期癌细胞检测设备现在也在几家医院进行应用测试，有可能在未来数年就可进入商业应用。