癌症治疗的一大利器：可直接从血液检测癌细胞的“可穿戴”设备

这款经过动物模型测试的可穿戴设备原型可以直接从患者血液中连续收集活的癌细胞
 

据麦姆斯咨询报道，由密歇根大学（University of Michigan）的工程师和医生团队开发的一款可穿戴设备可以帮助医生更有效地诊断和治疗癌症。

在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上发表论文的高级作者Daniel F. Hayes表示，“没有人想要进行活组织检查，如果我们能够从血液中获取足够的癌细胞，我们可以用它们来进行肿瘤生物学研究，并直接为患者提供医疗服务，这就是我们为之努力的原因。” Daniel F. Hayes是密歇根大学Rogel癌症中心致力于乳腺癌研究的医学博士

肿瘤可以在1分钟内将超过1000个癌细胞释放到血液中去。目前捕获癌细胞的方法依赖于患者血样，通常一次的抽取量不会超过一汤匙。即使是癌症晚期，有些患者的血样中也没有癌细胞，典型血样中一般不会超过10个癌细胞。

只需要在医院呆几个小时，这款新设备便能够直接从静脉血中连续捕获癌细胞，并筛选更大量的患者血液。在动物试验中，与传统的血液抽取样本相比，可穿戴设备中的细胞抓取芯片每毫升血液中捕获的癌细胞数量是其3.5倍。

主导该设备开发的密歇根大学化学工程系副教授Sunitha Nagrath指出，“这就像是安防摄像头每隔5分钟拍摄一张快照和拍摄一段视频的区别。如果入侵者在快照之间进入，你就不会发现它。” Nagrath同时也是Rogel癌症中心和密歇根大学生物接口研究所的一员。

研究人员表示，大多数癌细胞不能在血液中存活，但是那些癌细胞更可能形成新的肿瘤。与原始肿瘤相比，这些通常被称为转移灶的周边肿瘤是致命的。这意味着从血液中捕获的癌细胞可以提供比传统活检更好的计划治疗信息。

该团队与来自科罗拉多州立大学（Colorado State University）Flint动物癌症中心的兽医肿瘤学教授兼临床研究主任Douglas Thamm合作，使用该装置对狗进行了测试。他们给健康成年动物注射了人类癌细胞，这些细胞将在几小时内被狗的免疫系统消除，并且没有持久性影响。

在注射后的两小时内，研究人员给狗注射温和的镇定剂并连接到该装置，该装置会筛选1-2%的血液。与此同时，每20分钟对狗进行抽血，血样中的癌细胞会被相同设计的芯片收集起来。

该装置将通常达到烤箱尺寸大小的机器缩小到可以佩戴在手腕上，并连接到手臂静脉的设备。为了获得设计方面的帮助，工程团队求助了密歇根大学临床病理学教授和血库副主任Laura Cooling，她将负责管理全尺寸系统。

该装置内的绿色电路板控制血泵、肝素注射器和显示数据

Tae Hyun Kim博士表示，“最具挑战的部分是将所有组件集成到一个装置中去，并确保血液不会凝结，细胞不会堵塞芯片，并且整个装置是完全无菌的。”他在Nagrath的实验室获得了电气工程博士学位，现在是加州理工学院（California InsTItute of Technology）的博士后研究员。

他们制定了将血液与肝素（一种抗凝血的药物）混合的方案，以及杀死细菌而不会伤害芯片上的细胞靶向免疫标记物或抗体的灭菌方法。Kim还在包含电子原件和癌细胞捕获芯片的3D打印盒中封装了一些最小的医疗级泵。

该芯片本身是一项新技术，成为了Nagrath实验室捕获率最高的装置之一。它使用了纳米材料氧化石墨烯来制造抗体尖端分子链的密林，使其能够捕获流经全血中超过80%的癌细胞。该芯片还可以用于培养捕获的癌细胞，以生成更大的样本用于进一步分析。

针对该装置的下一步，团队希望提高血液处理率。然后，在Thamm的带领下，他们将使用优化的系统捕获来自癌症中心，作为患者的宠物狗身上的癌细胞。目前，Nagrath实验室正在开发面向犬乳腺癌细胞表面蛋白质的芯片。

Hayes预计该装置可以在未来3到5年内开始进行人体试验。通过该装置帮助医生查看癌细胞是否正在制造作为靶点的肿瘤分子，以用于新型抗癌药物的研究，进而用于帮助优化人类癌症患者的治疗。

Hayes总结道，“这就是精准医疗的缩影，在现有肿瘤学领域也是令人振奋的研究成果。”