综合纳米系统研究设施

疾病探测器

“无处可藏”
莎莉·罗安|界面杂志

利用液滴技术,研究人员将聚光灯对准失控的癌细胞

癌症有许多令人不安的方面,其中之一就是单细胞可以从肿瘤中分离出来,在血液中漫游,可能会在一个新的肿瘤形成的地方定居下来。就像这样,疾病有了传播或复发的机会。

confocal-fluorescent-microscope在他忙碌的实验室在三楼苏和比尔·格罗斯的干细胞研究中心,赵侗,医药科学助理教授,持有他的手掌小型化设备可能有一天胜过那些微小的癌细胞,使人体的新目的地。赵的技术被称为液滴微流体技术,旨在检测血液样本中的单个癌细胞——这些信息可以帮助医生更早地诊断原发性肿瘤,并帮助他们监测患者的治疗和预后。

该技术是在Calit2的BiON洁净室设备和员工的帮助下开发的,使用基于dna的传感器与广泛的癌症生物标志物结合,包括在全血中发现的癌细胞。

当他到达UC Irvine时,赵很好地为项目准备。他在中国的山东大学学习了化学,然后在加拿大麦克马斯堡大学的化学博士学位之前。作为哈佛医学院的博士后研究员,他曾在微型和纳米工程工具上工作,以支持癌症诊断。

但赵在这些失控的癌细胞的痕迹上很热。

“人们认为,如果你能及早发现癌症,甚至在病人出现任何症状之前,治愈癌症的几率就会大大增加,”赵先生说。他永远都是一个开朗的人,对工作也充满了热情。

他的液滴微流体装置旨在检测那些循环的肿瘤细胞,以便更早地诊断患者,并在治疗后帮助监测他们,以确保没有残留的肿瘤细胞,可能导致复发。他说,这是一个巨大的挑战。

“这些循环肿瘤细胞很罕见,”赵解释说。“我们说的是每微升全血中只有几个肿瘤细胞。这就是为什么目前很少有技术能可靠地检测到这一点。”

他的传感器利用了一个DNA短片段库,这些短片段可以选择性地与几乎任何类型的分子结合,比如癌症生物标记物和在全血循环的细胞。荧光染料可以附着在DNA上,而DNA包可以报告癌细胞的活性。

赵和他的合作者在他们的微流体装置中创造了两个通道:一个携带血液样品,另一个携带传感器解决方案。混合两种溶液,施加油基溶液以将合并的流分成数百万微小的液滴10至100微米。将流分解为液滴是关键步骤,因为稀有肿瘤细胞被封装在可以识别的那里。就好像一个警察探索照明在一群人中在100万人群中定居了它的明亮光束。在这10个人中,警方现在可以在最想要的名单上发现这个人。

confocal-fluorescent-microscope高速,高通量处理器能够看到哪个液滴含有肿瘤细胞。封装的传感器允许研究人员检测细胞内和细胞膜内的标记。赵先生和他的同事是第一个通过液滴技术展示的研究人员,即也可以在细胞外空间中检测到分子生物标志物。

“所有东西都是超浓缩的,所以你可以真正看到细胞里有什么,”赵说。

通过使用庞大的DNA库,这一过程还可以克服识别特定肿瘤可能涉及的特定生物标志物的问题。一旦传感器遇到目标癌细胞,荧光染料就会发光,使液滴可见。

“我们剥掉了对癌症特异性的分子,”他解释说,“所以我们可以避免任何基因组测序,蛋白质组学方法,这需要这么多金钱和发展。”

项目助理科学家康东库(Dong-Ku Kang)说,这个过程也很快。

他指出:“使用我们的癌细胞特异性传感器以高通量的方式筛选这些液滴,将很容易在几个小时内发现这些液滴。”康补充说,下一个主要挑战是开发一种更小、成本更低的显微镜系统来捕捉荧光信号。

除了癌症,微液滴还可以用于检测血液中的细菌和病毒。赵正在与医学院医学微生物学副主任埃琳娜·m·彼得森(Ellena M. Peterson)合作开展一个检测血液中细菌的项目。如果成功,这种技术可以让医生在几分钟内诊断出肺炎或败血症等细菌感染,而不是24小时。

“技术使我们能够以快速方式检测到非常低量的病原体在诊断中具有很大的承诺,”Peterson说。“我们现在没有这样的东西。”

赵先生去年被《麻省理工技术评论》列入“35岁以下35位创新者”名单,他拥有许多对液滴微流体感兴趣的合作者,包括UCI医疗中心的医生,他们计划在临床试验中测试这一概念。

“博士赵是充满活力,精力充沛的和一个go-getter,“彼得森笔记。“这是你想要合作的人的类型。”

赵赢得了UCI的强烈支持,以最先进的设施,强大的指导和成功的合作精神。

“这里的研究非常强大,”他说。“在纳米和微加工方面,Calit2的BiON设备是最好的之一。我非常感谢他们的帮助和提供的便利。否则这一切都不可能实现。”