螺旋流道惯性迁移力芯片分选模拟血液中胃癌细胞的实验研究

作     者：陈璐 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈洪

授予年度：2015年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100214[医学-肿瘤学] 10[医学] 

主      题：循环肿瘤细胞 胃癌细胞 螺旋流道惯性迁移力芯片 模拟血液 

摘      要：目的：循环肿瘤细胞是指脱离原发肿瘤并进入血液循环的癌细胞。检测循环肿瘤细胞有助于早期诊断肿瘤、发现早期肿瘤的微转移、重新确定临床分期、监测术后肿瘤复发与转移、评估预后以及选择个体化治疗策略。胃癌早期阶段循环血液就可能存在胃癌细胞,但目前尚缺乏有效检测方法。我们与东南大学机械学院合作,初步设计开发出一种螺旋流道惯性迁移力芯片,现观察其对模拟血液中胃癌细胞的分选效果。方法：1、螺旋流道惯性迁移力芯片的设计与制作：根据东南大学机械学院研究团队前期研究的芯片加以改进。2、模拟血液在螺旋流道惯性迁移力芯片中的最佳血液稀释浓度及芯片流速筛选实验：采集健康志愿者血液2ml并抗凝保存。根据红细胞数目将血液样品稀释至不同浓度,分别为106个RBC/ml、107个RBC/ml、108个RBC/ml、109个RBC/ml,将稀释后的血液样品通过注射泵注入芯片流道内；设定芯片流道速度分别为100μl/min、200μl/min、 300μl/min、400μl/min、500μl/min、600μl/min、700μl/min。观察不同浓度、不同速度的红细胞在芯片流道中聚焦分布情况。选取红细胞呈现最佳聚焦分布时的血液稀释浓度及芯片流速,用于后续实验。3、螺旋流道惯性迁移力芯片对模拟血液中胃癌细胞的分选试验：常规培养胃癌BGC-823细胞,用Calcein red-orange AM对胃癌BGC-823细胞进行荧光染色。将染色后的胃癌细胞掺入由上述实验筛选出的最佳稀释浓度的血液做为实验组,染色后的胃癌细胞掺入PBS做为对照组。两组掺入胃癌细胞的浓度均为104个/ml、103个/ml、102个/ml、10个/ml。由上述实验得出的最佳芯片流道流速为基准,以/min的梯度上下调整芯片流速。观察以下指标：(1)对照组及实验组中胃癌细胞呈现最佳聚焦分布(胃癌细胞由芯片中央流道出口流出)时,胃癌细胞浓度及芯片流道流速；(2)收集芯片流道中央出口的胃癌细胞悬液,使用细胞计数仪进行计数,分别计算芯片对不同浓度胃癌细胞的分选率,分选率=芯片流道中央出口胃癌细胞数(C1)/掺入胃癌细胞总数(C2),结果用X(平均数)表示,并使用卡方分析比较两组间的差异性；(3)芯片可分选出的最低胃癌细胞浓度。结果：1.、改进后的螺旋流道惯性迁移力芯片主要由入口流道、螺旋流道和出口流道组成,芯片出入口直径2mm,螺旋流道宽度150μm,高度40μm。连接3个出口的流道宽度也均为150μm。2、模拟血液在螺旋流道惯性迁移力芯片中呈现最佳聚焦分布时的血液稀释浓度为108个RBC/ml,芯片流速为500μl/min。3、螺旋流道惯性迁移力芯片对模拟血液中胃癌细胞的分选试验：(1)实验组在胃癌细胞浓度为104个/ml,芯片流速为550μl/min时；对照组在胃癌细胞浓度为104个/ml,芯片流速为500μl/min时,胃癌细胞在芯片中呈现最佳聚焦分布。(2)芯片在实验组和对照组中可分选出的最低胃癌细胞浓度均为102个胃癌细胞/ml。(3)实验组胃癌细胞浓度分别为105个/m1、104个/ml、103个/ml、102个/ml、10个/ml时,分选率分别为64.7%、79.8%、74.8%、43.3%、0；对照组在同等胃癌细胞浓度时,分选率分别为78.2%、82%、98%、91%、0；芯片对实验组及对照组的分选有显著性差异(P0.01),考虑差异可能由于血细胞对胃癌细胞在芯片流道中的分布有影响作用。结论：1、本课题组初步设计的芯片螺旋流道惯性迁移力芯片可分选出模拟血液中的胃癌细胞,分选出的最低胃癌细胞浓度为102个胃癌细胞/ml；在胃癌细胞浓度为104个/m1、芯片流速500μl/min时,芯片对胃癌细胞分选效果最好,分选率可达79.8%。2、由于血细胞对胃癌细胞在芯片流道中的分布存在一定的影响作用,会影响芯片对胃癌细胞的分选效果,为后续进一步如何改进芯片提供了方向。