3-D打印设备通过去除干草来发现大海捞针癌细胞

在患者样本中的数十亿个血细胞中发现少量癌细胞，就像在大海捞针中找到一根针一样。在通过3D打印的细胞陷阱实现的新方法中，研究人员正在清除干草以暴露癌细胞。

诱捕白血细胞哪位是关于大小癌细胞 -and过滤掉更小的红血细胞离开背后的肿瘤细胞，它可以被用来诊断疾病，可能提供复发的早期预警，使研成癌症转移过程。这项由佐治亚理工学院的研究人员领导的工作可以通过允许快速低成本地分离血液中循环的肿瘤细胞来推进个性化癌症治疗的目标。

佐治亚理工学院电气学院助理教授A. Fatih Sarioglu说：“从全血样品中分离循环肿瘤细胞一直是一个挑战，因为我们正在寻找少数混合有数十亿正常红细胞和白细胞的癌细胞。”和计算机工程(ECE)。“使用这种设备，我们可以通过捕获几乎所有的白细胞然后按大小过滤掉红细胞来处理与临床相关的血液量。这留下了未受损的肿瘤细胞，可以对其进行测序以确定特异性癌症类型和每个患者肿瘤的独特特征。”

该研究于9月20日在《芯片实验室》上发表，并得到佐治亚理工大学综合癌症研究中心的种子资助。

捕获循环肿瘤细胞的其他尝试已尝试使用识别癌细胞上特定表面标志物的微流技术从血液中提取出来。但是由于癌症会随着时间而改变，因此无法确定地识别恶性细胞。即使可以捕获肿瘤细胞，也必须将肿瘤细胞从装置中的circuit回通道中移出并与抗原分离，而不会造成损害。

研究生Chia-Heng Chu在佐治亚理工学院的助理教授A. Fatih Sarioglu的实验室中调整了3D打印的细胞阱。捕集阱捕获白细胞以从血液样本中分离出肿瘤细胞。图片提供：佐治亚理工学院的Allison Carter

Sarioglu和合作者，包括ECE研究生和第一作者Chia-Heng Chu，决定采用另一种方法，建立3D打印的，带有抗原的陷阱，以捕获样品中的白细胞。3-D打印陷阱使研究人员能够大大扩展表面积，以捕获白血球在血液样本中经过时捕获的白血球。呈锯齿状的流体通道(长达半米)会增加每个白细胞与通道壁接触的可能性。

Sarioglu说：“通常的微流体装置只有一层，通道高度为50至100微米。” “它们很厚，但大多数只是空塑料。使用3D打印可以使我们从单个通道中解放出来，并允许我们在三维中创建许多通道，从而更好地利用空间。”

虽然3D打印允许增加通道密度，但这是一个巨大的挑战。较早的微流体装置可以设计成具有蚀刻通道来运送血液。但是对于逐层制造的3D打印过程，通道必须填充蜡，以允许在其顶部构建更多通道。弯曲的通道结构旨在最大程度地增强细胞壁相互作用，因此几乎不可能在制造后将蜡取出。

解决方案是设计适合标准离心机的细胞阱，以离心分离样品。捕集阱在离心机中加热，然后旋转以使熔化的蜡逸出。除去液体蜡后，通道接受了抗原涂层。

除去白细胞后，较小的红细胞通过一个简单的商业过滤器，该过滤器会捕获癌细胞和任何剩余的白细胞。然后可以从集成在3-D打印设备中的过滤器中取出肿瘤细胞。

乔治亚理工学院的研究生Chia-Heng Chu和助理教授A. Fatih Sarioglu检查了使用3D打印细胞陷阱捕获的肿瘤细胞。捕集阱捕获白细胞以从血液样本中分离出肿瘤细胞。图片提供：佐治亚理工学院的Allison Carter

该项目的目标是使血样的处理最少，从而使该过程可用于诊所和医院，而无需专门的技术人员。较少的处理还可以减少损坏肿瘤细胞的风险，并最大程度地减少可能使评估结果偏斜的其他细胞变化。

作为原理验证测试的一部分，研究人员在白细胞上涂了生物素，以加快测试速度。未来的细胞陷阱将使用旨在将细胞吸引至通道壁的抗原，而无需生物素处理步骤。

研究人员通过将癌细胞添加到健康人的血液中来测试他们的方法。因为他们知道要添加多少个细胞，所以他们可以告诉他们应该提取多少个细胞，实验表明该陷阱可以捕获大约90%的肿瘤细胞。随后对前列腺癌患者的血液样本进行测试，从10毫升全血样本中分离出肿瘤细胞。

测试包括前列腺癌，乳腺癌和卵巢癌的细胞，但Sarioglu认为该设备将捕获任何类型癌症中的循环肿瘤细胞，因为其清除机制主要针对血细胞而不是癌细胞。

下一步将是缩小设备中的通道，在不使用生物素的情况下测试白细胞的去除，提高白细胞提取的百分比，并连接细胞捕获器以增加捕获能力。

Sarioglu说：“我们希望这确实将成为临床医生的辅助工具。” “在我们的实验室中，思维定势始终是通过使该设备简单到足以在医院，诊所和其他有助于诊断患者疾病的设施中使用的设备来转变我们的研究。”