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力学进展 ›› 2014, Vol. 44 ›› Issue (44): 201412-.

• 综述 • 上一篇    

Isolation of circulating tumor cells under hydrodynamic loading using microfluidic technology(基于微流控技术在流体动力载荷下分离循环肿瘤细胞)

赵聪1 李贻昆1;2徐睿1 梁纯3 刘大渔4 马薇2 PIYAWATTANAMETHA Wibool5;6 ZOHAR Yitshak7   

  1. 1 香港科技大学生物医学工程学部, 香港
    2 香港科技大学机械及航空航天工程系, 香港
    3 香港科技大学生命科学部, 香港
    4 广州市第一人民医院, 广州510180
    5 Department of Electronics, King Mongkut’s Institute of Technology, Bangkok, Thailand
    6 Faculty of Medicine, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand
    7 Department of Aerospace and Mechanical Engineering,
    University of Arizona, Tucson, AZ, USA
  • 出版日期:2014-04-01 发布日期:2014-09-18
  • 通讯作者: 李贻昆, 男, 1970 年生. 1992 年、1995 年先后获得台湾大学学士及应用力学硕士学位. 2001 年在加州大学洛杉矶分校(UCLA) 机械工程系取得微机电系统(MEMS) 博士学位, 师从美国工程院何志明院士. 2001 年任香港科技大学助理教授, 2007 年升机械工程副教授至今, 2007 年任香港科大集成微系统研究所副所长至今. 2008 任香港科大生物工程暨生物医疗仪器中心副主任, 2011 年美国加州理工学院(Caltech) 客座副教授, 2011 年并聘为香港科大生物医学工程学部副教授至今. 2014 年3 月任香港力学学会会长. 主要研究方向为生物微纳米机电系统及微纳米流控芯片技术. E-mail:meyklee@ust.hk

Isolation of circulating tumor cells under hydrodynamic loading using microfluidic technology

Cong ZHAO 1 Yi-Kuen  LEE 1;2  Rui XU 1 Chun LIANG 3 Dayu LIU 4 Wei MA 2 Wibool PIYAWATTANAMETHA 5;6 Yitshak ZOHAR 7   

  1. 1 Division of Biomedical Engineering, HKUST, Hong Kong, China
    2 Department of Mechanical and Aerospace Engineering, HKUST, Hong Kong, China
    3 Division of Life Science, HKUST, Hong Kong, China
    4 Guangzhou First Municipal People’s Hospital, Guangzhou 510180, China
    5 Department of Electronics, King Mongkut’s Institute of Technology, Ladkrabang, Bangkok, Thailand
    6 Faculty of Medicine, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand
    7 Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Arizona, Tucson, AZ, USA
  • Online:2014-04-01 Published:2014-09-18

摘要:

在世界范围内, 癌症的死亡率仍在逐年上升. 循环肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTCs) 是指从原发肿瘤脱落并进入血液循环系统的细胞, 可能引发肿瘤转移并
入侵其他正常组织和器官. 因此, CTCs 的检测结果可以作为癌症病人疗效和预后的评价指标. 但是CTCs 的数量及其稀少, 使得CTCs 的检测尤为困难. 在癌症转移的病人中, 每毫升血液约含有10-100 个CTCs. 利用经生物活性材料表面修饰的微流控器件, 可以从血液中分离出CTCs. 这是一项跨学科的挑战, 需要来自不同学科背景的专家们共同参与, 如细胞生物学、表面化学、流体力学及微纳加工技术等. 该文首先介绍了CTCs 的细胞生物学基础, 然后总结了当前分离CTCs 的主要微流控技术, 包括基于细胞-- 配体作用、磁力作用和过滤等, 最后综述了基于微流控技术的CTC 检测和计数、在体CTC 成像等最新研究进展.

关键词:

循环肿瘤细胞|CTC|微流控|癌症|微系统|微机电系统|上皮间质转化|肿瘤转移

Abstract:

Cancer is a leading cause of mortality worldwide causing human deaths. Circulating tumor cells (CTCs) are cells that have detached from a primary tumor
and circulate in the bloodstream; they may constitute seeds for subsequent growth of additional tumors (metastasis) in different tissues. The detection of CTCs may have important prognostic and therapeutic implications but, because their number is very small, these cells are not easily detected. Circulating tumor cells are found in the order of 10–100 CTCs per mL of whole blood in patients with metastatic disease. Isolation of tumor cells circulating in the blood stream, by immobilizing them on surfaces functionalized with bio-active coating within microfluidic devices, presents an interdisciplinary challenge requiring expertise in different research areas: cell biology, surface chemistry, fluid mechanics and microsystem technology. We first review the fundamental of cell biology of CTCs and summarize the key microfluidic techniques for isolation of CTCs via cell-ligand interactions, magnetic interactions, filtration; detection and enumeration of CTCs; in vivo CTCs imaging.

Key words:

circulating tumor cells (CTC)|microfluidics|cancer|microsystem|Micro-Electro Mechanical System (MEMS)| epithelial&ndash, mesenchymal transitions, metastasis