低成本基因測(cè)序給個(gè)性化醫(yī)療帶來(lái)了變革，同樣，低成本的微流控芯片也會(huì)給醫(yī)學(xué)診斷帶來(lái)變革。近日，斯坦福大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出了成本僅需1美分的“實(shí)驗(yàn)室芯片”技術(shù)，能夠在無(wú)標(biāo)記的情況下分析細(xì)胞，還有望通過(guò)檢測(cè)血液中循環(huán)腫瘤細(xì)胞來(lái)早期診斷癌癥。

在2017年劍橋健康科技研究所會(huì)議，專家們?cè)硎净贑TCs的液體活檢技術(shù)主要局限于它的成本，開(kāi)發(fā)基于微流控芯片的技術(shù)可以繞開(kāi)成本障礙。2月6日，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員在PNAS上展示了低成本且可重復(fù)使用的“實(shí)驗(yàn)室芯片”。借助常規(guī)噴墨打印機(jī)，該技術(shù)或可實(shí)現(xiàn)“1美分”的早期癌癥診斷。

芯片組成：兩個(gè)系統(tǒng)

結(jié)合微流控技術(shù)、電子技術(shù)和噴墨打印技術(shù)，“芯片實(shí)驗(yàn)室”由兩部分組成。第一個(gè)部分是透明硅酮微流體室，用于容納細(xì)胞和可重復(fù)使用的電子條帶，第二部分是一個(gè)常規(guī)的噴墨打印機(jī)，利用市售的導(dǎo)電納米顆粒油墨將電子條帶印刷到柔性聚酯片材上。

本文第一作者，斯坦福大學(xué)基因組學(xué)技術(shù)中心的Rahim Esfandyarpour博士表示，該產(chǎn)品擺脫了檢測(cè)對(duì)潔凈環(huán)境的依賴以及減少設(shè)備制造對(duì)專業(yè)培訓(xùn)人員的需求。

無(wú)需標(biāo)記細(xì)胞，生產(chǎn)成本低耗時(shí)短

作為一個(gè)多功能平臺(tái)，“芯片實(shí)驗(yàn)室”的優(yōu)勢(shì)之一是無(wú)需熒光或磁性標(biāo)簽追蹤細(xì)胞便能分析不同的細(xì)胞類型。芯片根據(jù)其固有的電特性來(lái)分離細(xì)胞：當(dāng)在噴墨打印條上施加電勢(shì)時(shí)，微流控室中的細(xì)胞根據(jù)不同的“極化度”被拉向不同方向。用這種無(wú)標(biāo)簽的方法來(lái)分析細(xì)胞，大大地提高了精度，并且削減了冗長(zhǎng)的標(biāo)記過(guò)程。

該設(shè)備的目的是對(duì)小體積樣本進(jìn)行各種檢測(cè)。研究人員表明，該裝置可以幫助捕獲單個(gè)細(xì)胞混合物、分離稀有細(xì)胞以及根據(jù)細(xì)胞類型來(lái)計(jì)數(shù)。

一個(gè)芯片的生產(chǎn)大約只需要20分鐘，成本低至1美分。與執(zhí)行同樣功能的其他技術(shù)相比，多功能“芯片實(shí)驗(yàn)室”的成本降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

有望實(shí)現(xiàn)癌癥早期檢測(cè)

與低成本基因測(cè)序給個(gè)性化醫(yī)療帶來(lái)的顛覆一樣，低成本的微流控芯片使診斷民主化。低成本測(cè)序技術(shù)使臨床醫(yī)生能夠通過(guò)測(cè)定腫瘤DNA序列來(lái)確定突變，從而制定個(gè)性化的治療方案。同樣，“芯片實(shí)驗(yàn)室”或可通過(guò)檢測(cè)血液中循環(huán)腫瘤細(xì)胞來(lái)早期診斷癌癥。

本文通訊作者，斯坦福大學(xué)基因組學(xué)技術(shù)中心主任、生物化學(xué)和遺傳學(xué)教授 Ron Davis博士表示，與低成本基因組測(cè)序一樣，這種技術(shù)會(huì)給醫(yī)學(xué)診斷帶來(lái)一場(chǎng)變革。基因組計(jì)劃已經(jīng)改變了許多的藥物治療方式，研究人員希望更便宜、更便捷的技術(shù)能夠得到使用。

終極目標(biāo)：改善全球疾病診斷能力

低成本的“芯片實(shí)驗(yàn)室”技術(shù)在提高全球疾病診斷方面有很大的潛力，尤其是對(duì)發(fā)展中國(guó)家而言。由于早期診斷水平較低，低收入國(guó)家乳腺癌患者的存活率只有40%，是發(fā)達(dá)國(guó)家的一半。在發(fā)展中國(guó)家，其他致命疾病，如瘧疾、肺結(jié)核和HIV也有比較高的發(fā)病率，并且治療效果都比較差。低成本診斷技術(shù)的發(fā)展可以幫助扭轉(zhuǎn)這一局面。Esfandyarpour博士表示，早期檢測(cè)能夠給疾病的治療帶來(lái)最佳機(jī)會(huì)，因此，成本低至1美分的研發(fā)成果意義重大。

這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠促進(jìn)醫(yī)療保健，還能加快基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的發(fā)展。它能夠讓科學(xué)家和臨床醫(yī)生在較短的時(shí)間內(nèi)分析更多的細(xì)胞，利用干細(xì)胞來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的基因轉(zhuǎn)移以及發(fā)展更具有成本效益的疾病診斷方法。該研究小組希望“芯片實(shí)驗(yàn)室”能夠給醫(yī)療診斷帶來(lái)變革。Esfandyarpour 相信，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)為研究人員打開(kāi)一扇窗戶。