基于微流芯片的多功能纳米颗粒用于异源乳腺癌细胞分选开题报告

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1. 研究目的与意义

伴随着世界人口的不断增长以及人口老龄化现象的加重，癌症已经成为世界范围内致死率最高的重大疾病之一，时刻威胁着人们的生命安全。据不完全统计，高达90%以上的癌症患者死亡与恶性癌细胞的转移有关。循环肿瘤细胞（circulating tumor cells，CTCs）是指由原发肿瘤产生，通过人体的外周循环血液系统进行扩散的肿瘤细胞。循环肿瘤细胞从原发肿瘤脱落，发生上皮-间质转换，改变CTCs细胞膜上的蛋白特征使得细胞更具入侵性，进入血液循环系统，转移到健康的人体组织附近，由于器官组织的微环境发生改变，CTCs发生间质-上皮转换，致使CTCs在新的器官组织停留、增殖，最终导致肿瘤的转移。在肿瘤发生的早期CTCs便可存在人的血液循环系统中，因此，CTCs的检测对于癌症的早期预防、病情的监测、治疗方式评估、药物的敏感性测试、反馈治疗效果以及癌症复发的检测等具有非常重大的医学应用价值。

微流芯片具备样品处理、反应、分选、培养、检测等功能，是一种高集成度的多功能一体化分析实验生物芯片，它利用在硅片、玻璃或者聚二甲基硅氧烷表面制备出各种结构的尺寸在微米级的管道，将需要在实验室进行的复杂的操作简化到一个微小的生物芯片上。微流芯片中微通道的尺寸大小与细胞尺寸相匹配，微米级的流道能够实现样品的精确操控，使其具有样品消耗量少、灵敏度高、微型化等优点，在细胞分选、蛋白质检测、DNA/RNA测序、组织微环境模拟等生物学领域展现出巨大的应用潜力

2. 国内外研究现状分析

美国食品药品监督局认证了世界上唯一一款CTCs分离、计数微流控设备，CellSearch，它的工作原理是基于免疫磁珠分选，通过CTCs与修饰了抗上皮细胞粘附分子抗体（anti-EpCAM）的磁珠之间的抗原-抗体特异性结合，在磁场的作用下实现CTCs的特异性分选，该设备的捕获效率达到80%。

然而，CTCs的分选与检测仍存在较多的困难和挑战：①CTCs的数量极少，1ml的血液中只有1-100个CTCs，而正常红细胞的数量高达106-107个；②CTCs的多样性，CTCs细胞膜上特征蛋白分子的表达情况复杂，其特征蛋白种类和含量具有个体细胞差异性，同时不同细胞的尺寸、形貌和变形能有各有不同；③CTCs的脆弱性，在分选过程中CTCs的增殖能力可能会被破坏，甚至导致CTCs的死亡。

3. 研究的基本内容与计划

1、研究内容：基于CTCs的重量、尺寸、变形性以及特征表达蛋白等与普通血细胞有明显区别的物理、生物特征，能够设计出多种用于CTCs分选的微流芯片。现阶段，微流芯片分选CTCs的原理主要有以下三类：①利用CTCs物理特征的不同进行分选，细胞在流场中的力学特征与细胞的尺寸、重量及变形性有关；②利用免疫磁珠对CTCs进行前标记，在磁场的作用下分选；③利用抗原-抗体之间的特异性结合进行分选。然而，利用这些原理实现CTCs分选的方案大多停留在宏观尺度，对CTCs检测、捕获的灵敏度不够，血液中CTCs的含量是极为稀少的，为了提高CTCs捕获的灵敏度和效率，我们需要增强CTCs与芯片之间的相互作用。基于纳米微粒的微流芯片对流道表面构建了纳米结构，能够增加与CTCs表面纳米级的特异蛋白的相互作用，并且纳米颗粒上容易修饰上更多的抗原，抗原密度的变大更有利于CTCs分选敏感度的提高。

2、研究计划：合成出具有多功能的纳米颗粒，修饰到微流芯片上，用于CTCs的分选与后期的检测。合成出的多功能纳米颗粒具有较高反应活性的官能团，能够稳定的键接到微流芯片的流道中，并能与特异性的抗体蛋白连接到一起，最后能够通过一定的化学反应或者配体交换实现抗体的可控释放，实现对CTCs的收集。

4. 研究创新点

微流芯片技术具有高通量、集成度高等优点，是一个多功能一体化实验分析平台，为ctcs高灵敏度、高效率的分选提供了重要的技术支持。

结合了多功能纳米颗之后，从微观角度对微流芯片的结构进行设计，大幅提升微流芯片的分选能力、效率。

并实现ctcs的无损分选，具备广泛的应用前景。