用聲音分離血液中的癌細胞:一次性晶片價格便宜

新浪科技訊 北京時間4月8日消息，據國外媒體報導，一個工程師研究小組日前研發出了一種價格便宜的癌細胞分離方法，這種方法使用一次性的晶片，利用聲音把癌細胞從循環的血液中分離出來。使用這種方法，醫生在未來可能會更加輕鬆的對癌症進行診斷、對病情進行預判並對癌症病人進行治療。

“從血樣中尋找隨血液循環擴散的癌細胞就像在大海中撈針一樣，”美國賓州州立大學工程科學與機械學教授黃竣介紹，“在血樣中，通常癌細胞和血細胞的數量比是一比十億。”

現有的癌細胞分離方法的原理是使用腫瘤特異性的抗體，這些抗體能與癌細胞結合，結合之后科研人員就能把這些癌細胞分離出來。但這類方法需要在分離前找到合適的抗體。其它的一些方法則是根據癌細胞和血細胞在大小、形態的可變化程度和電學性質上的差別來分離癌細胞。這些傳統的方法都需要對樣品進行共10分鐘，每分鐘3000轉的離心，賓州州立大學科學家的這種新方法對細胞的處理要溫和得多，使用的也是簡單便宜的裝置，原理是利用表面聲波來分離癌細胞。

利用聲波來分離癌細胞在未來也許會很有用，因為這是一種非侵入性的方法，而且不會改變或是損害到細胞。不過要想在臨床上得到有效應用，這類方法還需要滿足速度快和應用便捷的要求。

“要想顯著的提高血液中這些數量稀少的癌細胞的捕獲通量，需要對裝置的設計進行優化，使血液在裝置中的流速更快，聲波的工作長度更長，”麻省理工學院材料科學和工程學領域的科學家道明介紹，“通過對實驗和模型構建兩種手段進行整合，這種新一代裝置的細胞分選通量提高到了此前的20倍，這使我們有可能將其用於分選病人樣本中的癌細胞。”

這些科學家同時使用實驗和建立模型來對分離血液中癌細胞的方法進行優化。他們使用的工具是一種基於聲學的微流體裝置。讓血液連續不斷的流過這個裝置，就能把癌細胞分離出來。利用不同種類的細胞大小和重量各不相同的特點，科學家可以選擇合適的聲壓，把癌細胞從血流中“推”出去並收集到一個管子裏。這項研究於4月6日發表在《美國科學院院刊》上。

斜角表面聲波（tilted-angle standing surface acoustic waves）使用很少的能量就能把細胞從血液中分離出來。所使用聲波的強度和頻率與用於超聲成像的聲波差不多，這在此前就已經證明是對安全的，即使對胎兒來也是如此。不僅如此，聲波作用於每個細胞的時間都很短，不足一秒。另外這種方法也無需對細胞進行標記或是對其表面進行修飾。科學家將這種方法稱作“聲鑷”，它的所有這些特點使利用聲波來分離癌細胞非常具有生物相容性，並能使分離出的癌細胞盡最大的可能保持其功能和原始的狀態，利於后續研究。

如果將兩個聲波源相對放置，並發出相同波長的聲波，那麼就總會有一個位置，來自這兩個聲波源的聲波在這裏相互抵消。聲波能生壓力，所以能夠推動很小的物體，因此在聲波的作用下，一個細胞或是納米顆粒就會移動到這個聲波相互抵消的位置，不再橫向移動，在這項研究中，細胞就會被移動到用於分離細胞的流體中。

科學家使用了兩種人的癌細胞——HELA細胞和MCF7細胞來對這種聲波分離方法進行優化。這兩種細胞的大小差不多。科學家通過實驗來對兩種細胞進行分離，細胞的分離率超過了83%。隨后科學家又使用其它的癌細胞進行了實驗，在這些實驗中沒有再對實驗裝置進行優化，但分離率仍然超過了83%。

“由於這些裝置要與人的血液接觸使用，因此需要是一次性的，”黃竣介紹，“我們目前正在想辦法，嘗試解決製造和大規模生的問題。”

醫生未來可以使用這種裝置對病人化療后的反應進行監控，對病情做出初步的診斷、決定治療方法並對療效進行預估。

“這項成果是多學科學者合作的物，參與者包括醫生、工程師、計算生物學家和電子器件研究專家，這種合作設計並研發出了一種無須對細胞進行標記的平台。利用這個平台能夠識別並分離出血液中的癌細胞，並保持這些細胞的完整性，” 美國卡內基梅隆大學的校長Subra Suresh介紹，他也是這項研究的參與者之一。“這項技術為病理學和癌症轉移領域的基礎研究提供了新的方法，也為對數量稀少的癌細胞進行臨床診斷提供了新方法。”(陳彬)