研究人员设计了一种基于微流体物理学的设备来预测癌症治疗反应 ...

抗击癌症的一大挑战是为每位患者设计个性化治疗的新技术。根据每个肿瘤的分子特征（例如 DNA 突变），精准医学旨在使成人和儿童癌症患者更容易接受适合其病理的个性化治疗。但是是否有可能在开始治疗之前就知道患者是否可以从治疗中获益？

微流体动态 BH3 分析平台。a芯片的示意图，包括所有部分的分解图：(i) 下部载玻片，(ii) 薄 PDMS 层，(iii) 通道和腔室 PDMS 层（1 毫米厚），(iv)，腔室 PDMS 层（ 2 毫米厚），和（v）上部载玻片。b模拟肽浓度以及整个微流体平台。切片图的坐标选择在微流体通道的中间。相对浓度作为细胞室的函数（插图）。c在 100 mbar 的压力下在左侧入口注入荧光素并在右侧入口注入蒸馏水后微流体通道网络的荧光图像。d混合两种溶液的区域的放大视图。e荧光强度以及混合器通道的前 47 mm（总通道长度约为 190 mm）；请注意，图像是在 ImageJ 中处理的，以绘制为直通道f。在读板器上分别在 562 和 640 nm 处测量 BSA 蛋白的比色检测和蓝色染料在芯片出口处的相对吸光度。BSA 蛋白与蓝色染料一起通过一个进样口注入，而 MiliQ 水则从另一个进样口注入（进样口压力为 200 毫巴）。数据代表使用不同芯片的三个独立实验。

来自巴塞罗那大学医学与健康科学学院和加泰罗尼亚生物工程研究所 (IBEC) 的专家团队设计了一种称为微流体动态 BH3 分析 (μDBP) 的微流体装置，可快速自动预测癌症治疗的有效性，使用少量活检细胞，不需要专门的技术人员。

抗击癌症的精准医学

个性化医疗彻底改变了我们设计有效癌症治疗的方式。考虑到每个肿瘤都是独一无二的并且有自己的特点，拥有每个患者对治疗反应的预测指标是肿瘤学向前迈出的重要一步。动态 BH3 分析 (DBP) 最初是在 Anthony Letai 教授的实验室开发的——Montero 教授是这项研究的共同发明人——并于 2015 年获得了 Dana-Farber 癌症研究所（美国）的专利。

它是首批成功测试预测各种癌症治疗的功能性检测之一。该系统使癌细胞接触不同的治疗方案，以在体外快速识别出可能最有效去除肿瘤的方案。从概念上讲，它与用于鉴定治疗细菌感染的抗生素的抗生素谱非常相似。

“DBP 已被用于确定许多不同癌症（包括固体和液体）在临床前和临床规模上的治疗效果。这些研究使用了细胞系、动物模型和原始样本，在所有情况下都具有高预测能力。然而，这化验尚未在医院广泛应用，”讲师 Joan Montero 说。

“到目前为止，”他补充道，“多项研究发现 DBP 结果与原发性白血病样本的临床反应之间存在良好的相关性。目前正在进行多项临床试验，我们希望这项技术在未来几年内在医院实施以改善癌症治疗。”

预测少量癌细胞的治疗反应

现在，新的 DBP 微流体装置（称为 μDBP）解决了几个功能测定挑战：它减少了测试潜在体外疗法所需的癌细胞数量，并使该过程自动化以促进临床应用，而无需专门的技术人员。

“DBP 的主要限制之一是进行检测所需的细胞数量。当对患者进行活组织检查时，我们获得的肿瘤细胞数量非常有限，这不允许进行多种不同治疗的研究并限制了识别有效方法的能力，”Albert Manzano 指出。

当收到活组织检查时，样本被解离，使用机械和酶处理获得单个细胞。处理后，样品被过滤以获得单个细胞，然后对这些细胞进行所需的处理并接种在微流体装置中。

“多亏了我们的 μDBP 微流体平台，它配备了用于接种细胞的小孔，我们可以减少测试治疗所需的细胞数量。这是增加可测试药物数量的决定性创新，”Manzano 补充道.

快速且全自动的系统

发表的论文是第一个应用微流体技术进行 DBP 功能测定的论文。与迄今为止开发的其他版本不同，例如高通量 DBP（Bhola 等人，Science Signaling，2020 年）带有自动板和分配器以测试数百种治疗方法，新的 μDBP 设备旨在以非常快的方式原位测试治疗方法快速、简单和自动化的方式，不需要昂贵的机器或专业人员。

“μDBP 设备的最大优势还在于整个过程的自动化，这将有助于在临床规模上实施这种功能方法。所有这些优势将使医院采用 DBP 作为常规试验变得更加容易，”专家补充道.

“我们开发这个新工具的目的是让肿瘤学家可以使用它。这个自动化系统使我们能够获得个性化的患者和治疗信息，”Javier Ramón-Azcón (IBEC) 说。

纳米技术：生物医学的一场革命

纳米技术——尤其是微流体在不同过程中的应用——正在推动这些设备设计的多项改进，以减少试剂用量、降低经济成本、实现流程自动化或提高某些方法（例如 DBP）的分析能力。

该团队目前正在设计一种新原型，并进行进一步的技术改进，以促进 DBP 分析，并通过原始样本获得更多实验证据，以显示其在改善儿童和成人不同癌症治疗方面的临床效用。

正如团队所详述的那样，“我们将继续与我们的临床合作者合作，分析患者样本并采用这种方法来改进多种癌症的个性化治疗，造福所有癌症患者。”