一個(gè)工程師研究小組日前研發(fā)出了一種價(jià)格便宜的癌細(xì)胞分離方法，這種方法使用一次性的芯片，利用聲音把癌細(xì)胞從循環(huán)的血液中分離出來。使用這種方法，醫(yī)生在未來可能會(huì)更加輕松的對癌癥進(jìn)行診斷、對病情進(jìn)行預(yù)判并對癌癥病人進(jìn)行治療。

一張“聲鑷"裝置的照片，這個(gè)裝置有一美分硬幣的兩倍那么大。利用兩個(gè)聲換能器把細(xì)胞從血流中分離出來。

“從血樣中尋找隨血液循環(huán)擴(kuò)散的癌細(xì)胞就像在大海中撈針一樣，"美國賓州州立大學(xué)工程科學(xué)與機(jī)械學(xué)教授黃竣介紹說，“在血樣中，通常癌細(xì)胞和血細(xì)胞的數(shù)量比是一比十億。"

現(xiàn)有的癌細(xì)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(xì)胞結(jié)合，結(jié)合之后科研人員就能把這些癌細(xì)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(jù)癌細(xì)胞和血細(xì)胞在大小、形態(tài)的可變化程度和電學(xué)性質(zhì)上的差別來分離癌細(xì)胞。這些傳統(tǒng)的方法都需要對樣品進(jìn)行共10分鐘，每分鐘3000轉(zhuǎn)的離心，賓州州立大學(xué)科學(xué)家的這種新方法對細(xì)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(xì)胞。

利用聲波來分離癌細(xì)胞在未來也許會(huì)很有用，因?yàn)檫@是一種非侵入性的方法，而且不會(huì)改變或是損害到細(xì)胞。不過要想在臨床上得到有效應(yīng)用，這類方法還需要滿足速度快和應(yīng)用便捷的要求。

“要想顯著的提高血液中這些數(shù)量的癌細(xì)胞的捕獲通量，需要對裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)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(xué)院材料科學(xué)和工程學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家道明介紹說，“通過對實(shí)驗(yàn)和模型構(gòu)建兩種手段進(jìn)行整合，這種新一代裝置的細(xì)胞分選通量提高到了此前的20倍，這使我們有可能將其用于分選病人樣本中的癌細(xì)胞。"

這些科學(xué)家同時(shí)使用實(shí)驗(yàn)和建立模型來對分離血液中癌細(xì)胞的方法進(jìn)行優(yōu)化。他們使用的工具是一種基于聲學(xué)的微流體裝置。讓血液連續(xù)不斷的流過這個(gè)裝置，就能把癌細(xì)胞分離出來。利用不同種類的細(xì)胞大小和重量各不相同的特點(diǎn)，科學(xué)家可以選擇合適的聲壓，把癌細(xì)胞從血流中“推"出去并收集到一個(gè)管子里。這項(xiàng)研究于4月6日發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》上。

“聲鑷"將癌細(xì)胞從血細(xì)胞中分離出來的模式圖，紅色的為腫瘤細(xì)胞，綠色的為血細(xì)胞。

斜角表面聲波（tilted-angle standing surface acoustic waves）使用很少的能量就能把細(xì)胞從血液中分離出來。所使用聲波的強(qiáng)度和頻率與用于超聲成像的聲波差不多，這在此前就已經(jīng)證明是安全的，即使對胎兒來說也是如此。不僅如此，聲波作用于每個(gè)細(xì)胞的時(shí)間都很短，不足一秒。另外這種方法也無需對細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記或是對其表面進(jìn)行修飾?？茖W(xué)家將這種方法稱作“聲鑷"，它的所有這些特點(diǎn)使利用聲波來分離癌細(xì)胞非常具有生物相容性，并能使分離出的癌細(xì)胞盡zui大的可能保持其功能和原始的狀態(tài)，利于后續(xù)研究。

如果將兩個(gè)聲波源相對放置，并發(fā)出相同波長的聲波，那么就總會(huì)有一個(gè)位置，來自這兩個(gè)聲波源的聲波在這里相互抵消。聲波能產(chǎn)生壓力，所以能夠推動(dòng)很小的物體，因此在聲波的作用下，一個(gè)細(xì)胞或是納米顆粒就會(huì)移動(dòng)到這個(gè)聲波相互抵消的位置，不再橫向移動(dòng)，在這項(xiàng)研究中，細(xì)胞就會(huì)被移動(dòng)到用于分離細(xì)胞的流體中。

科學(xué)家使用了兩種人的癌細(xì)胞——HELA細(xì)胞和MCF7細(xì)胞來對這種聲波分離方法進(jìn)行優(yōu)化。這兩種細(xì)胞的大小差不多?？茖W(xué)家通過實(shí)驗(yàn)來對兩種細(xì)胞進(jìn)行分離，細(xì)胞的分離率超過了83%。隨后科學(xué)家又使用其它的癌細(xì)胞進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在這些實(shí)驗(yàn)中沒有再對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行優(yōu)化，但分離率仍然超過了83%。

“由于這些裝置要與人的血液接觸使用，因此需要是一次性的，"黃竣介紹說，“我們目前正在想辦法，嘗試解決制造和大規(guī)模生產(chǎn)的問題。"

醫(yī)生未來可以使用這種裝置對病人化療后的反應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控，對病情做出初步的診斷、決定治療方法并對療效進(jìn)行預(yù)估。

“這項(xiàng)成果是多學(xué)科學(xué)者合作的產(chǎn)物，參與者包括醫(yī)生、工程師、計(jì)算生物學(xué)家和電子器件研究專家，這種合作設(shè)計(jì)并研發(fā)出了一種無須對細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記的平臺(tái)。利用這個(gè)平臺(tái)能夠識(shí)別并分離出血液中的癌細(xì)胞，并保持這些細(xì)胞的完整性，" 美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的校長Subra Suresh介紹說，他也是這項(xiàng)研究的參與者之一?！斑@項(xiàng)技術(shù)為病理學(xué)和癌癥轉(zhuǎn)移領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究提供了新的方法，也為對數(shù)量的癌細(xì)胞進(jìn)行臨床診斷提供了新方法。"