新式芯片的设计原理示意图。(图片来源:ACS NANO)
在芯片的底部是由碳纳米管-聚碳纳米管 - 聚二甲基硅氧烷复合材料。当癌细胞在复合材料的表面“落户”后,它会吸附到表面。如何能够巧妙的实现单个细胞的释放呢?研究人员在细胞附近从外部对芯片给予纳秒级别的激光短脉冲,光能量被碳纳米管吸收后,使得纳米管升温。纳米管和聚二甲基硅氧烷之间滞留的空气因而膨胀,膨胀后的气体穿过聚合物层使得细胞温和的与芯片底部分离,得到释放,就像在吹泡泡一样。
激光产生气泡释放细胞的过程。(图片来源:Yu-Chih Chen, Yoon Lab)
研究进一步验证,这种释放方式能够保留细胞的活力、膜蛋白和mRNA表达水平。这种精确的释放是非常具有挑战性和研究意义的。表面蛋白质不被破坏是用于鉴定癌症干细胞的重要途径。
项目的,来自电气工程和计算机科学的 Euisik Yoon教授表示,目标是要找出是什么驱动这些癌细胞的“自我更新”过程,使这些侵略性癌细胞表现得像干细胞。
这种癌症干细胞,能够通过打开或者关闭不同的基因,分裂并变成不同种类的癌细胞。如果我们可以关闭干细胞样的特性,癌症就无法生长和扩散。
有了这种新型微流体芯片的帮助,研究人员就可以找到癌症干细胞“自我更新”的关键性基因。
无损的细胞释放意味着在芯片上,来自同一原始癌细胞分裂来的姐妹癌细胞,可以轻松的进行比较,科学家们有望通过这一点对癌细胞谱系进行精确的基因分析。这种芯片研究可以用来探讨癌细胞是如何实现分裂和转移,还可以解释为什么一些癌细胞会对药物产生耐药性。
作者Yu-Chih Chen表示,如果我们能够鉴定出一些关键基因,或者潜在的药物靶点,那么药物研究人员就可以开发一种化合物来靶向它。
在未来,癌症有望实现研究人员称之为“功能性治愈”的治疗状况,类似HIV的管理。癌症并不一定必须。如果我们可以停止癌症的生长和转移,那么就可以使癌症患者过上健康的生活。
参考资料
[1] 'Sister cell' profiling aims to shutdown cancer me[x]tastasis
[2] Selective Photomechanical Detachmentand Retrieval of Divided Sister Cells from Enclosed Microfluidics forDownstream Analyses