基于ELVEFLOW微流控技術(shù)的類器官芯片在肺癌精準(zhǔn)治療中的應(yīng)用

肺癌是全球范圍內(nèi)發(fā)病率和死亡率均居的惡性腫瘤, 具有顯著的個體化特征和遺傳異質(zhì)性. 無疑, 以患者為中心的個性化藥物篩選和新藥研發(fā)對提高總體生存率至關(guān)重要. 近年來, 由于類器官模型具有培養(yǎng)周期短、操作便捷和擬合度高等優(yōu)勢, 能夠真實保留患者腫瘤的遺傳信息, 在模型構(gòu)建和個性化藥物篩選中扮演著越來越重要的角色. 然而, 傳統(tǒng)類器官穩(wěn)定性差、腫瘤微環(huán)境單一、通量低等固有缺陷限制了其進(jìn)一步的臨床轉(zhuǎn)化與應(yīng)用. ELVEFLOW基于微流控技術(shù)的類器官芯片是類器官在生物技術(shù)維度的延伸, 可以實現(xiàn)對理化環(huán)境因素的精準(zhǔn)控制、高度模擬腫瘤微環(huán)境、顯著提高藥物篩選通量, 有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)類器官培養(yǎng)技術(shù)的不足, 開啟了腫瘤個體化治療新紀(jì)元. 本文總結(jié)了ELVELFOW微流控類器官芯片作為個性化藥物篩選模型的優(yōu)勢特征, 并結(jié)合在肺癌研究中的最新進(jìn)展, 探討了類器官芯片在肺癌精準(zhǔn)治療中的轉(zhuǎn)化價值和未來的發(fā)展方向.

基于微流控技術(shù)的類器官芯片臨床前模型具有已下顯著優(yōu)勢

1、 提高類器官的穩(wěn)定性

2、 高度模擬腫瘤微環(huán)境

3、 動態(tài)監(jiān)測藥物反應(yīng)

4、 實現(xiàn)高通量藥物篩選

類器官芯片在肺癌精準(zhǔn)治療中的研究進(jìn)展

有研究利用手術(shù)切除的肺癌組織在已成功構(gòu)建的類器官芯片上進(jìn)行了PDOs的全基因序列分析。結(jié)果顯示, 肺癌PDOs與標(biāo)本切片之間有90%的體細(xì)胞變異是一致的, 這為肺癌的個體化治療提供了依據(jù)。

美國食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Admin-istration, FDA)在2021年初發(fā)布了, 表明了其對類器官芯片在新藥研發(fā)的積極態(tài)度, 希望通過建立標(biāo)準(zhǔn)化的模型平臺, 逐步減少或替代動物模型, 并利用類器官芯片來填補(bǔ)各種疾病/生理模型的空白. 特別是微流控技術(shù)使類器官在結(jié)構(gòu)和功能上與患者體內(nèi)更為貼近, 不僅為研究疾病表現(xiàn)的個體差異提供了可能,高通量篩藥和動態(tài)檢測方法也為疾病機(jī)制研究和藥物評價等應(yīng)用領(lǐng)域提供了更加可靠的體外模型.

法國Elveflow 專注于微流控儀器及系統(tǒng)的開發(fā)制造，以多通道的OB1 壓力控制器為主要設(shè)備，結(jié)合MFS 流量傳感器，MPS 壓力傳感器，MUX recirculation 循環(huán)閥，MUX distribution 分配閥等構(gòu)建成套的微流控應(yīng)用系統(tǒng)，其中微流控動態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)及微流控細(xì)胞灌注培養(yǎng)系統(tǒng)用于是用于細(xì)胞培養(yǎng)的微流控系統(tǒng)。

微流控細(xì)胞培養(yǎng)是采用微流控系統(tǒng)在微流控芯片中進(jìn)行的動態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)，微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片的尺寸適合細(xì)胞的尺寸，因此被用于動態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)中。微流控細(xì)胞培養(yǎng)的關(guān)鍵能夠模擬細(xì)胞微環(huán)境，采用微流控進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的優(yōu)勢有增加系微環(huán)境的生理相關(guān)性，將尺度縮小到組織的規(guī)模，創(chuàng)建復(fù)雜的共培養(yǎng)體系，施加動力和機(jī)械力，增加組織界面的模擬水平，減少藥物測試的動物實驗?zāi)Ｐ停M血液、淋巴和間質(zhì)液體的流動等。

法國Elveflow采用微流控系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用案例有：

w 微流控芯片上的細(xì)胞相互作用研究

w 采用微流控系統(tǒng)進(jìn)行研究細(xì)菌對壓力和環(huán)境變化的適應(yīng)性

w 采用微流控循環(huán)閥進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)基的再循環(huán)

w 動態(tài)細(xì)胞培中細(xì)胞培養(yǎng)的循環(huán)

w 如何在微流控芯片中進(jìn)行動態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)的細(xì)胞染色

w 微流控動態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)中細(xì)胞培養(yǎng)基灌注

w 微流控動態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)中自動化細(xì)胞接種

w 微流控心肌細(xì)胞培養(yǎng)模型

w 采用微流控細(xì)胞培養(yǎng)灌注系統(tǒng)進(jìn)行快速細(xì)胞培養(yǎng)基的切換

w 用于微流控qPCR的熒光讀取

w 采用微流控系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)腫瘤細(xì)胞的捕獲

w 微流控芯片上活細(xì)胞檢測

w 采用微流控壓力泵進(jìn)行弱蛋白結(jié)合的定量

微流細(xì)胞培養(yǎng)中采用的OB1 多通道壓力泵的參數(shù)：

OB1 微流控壓力和流量控制器可以選擇1-4個通道或者更多通道，每個通道的壓力和真空范圍可選，5個可選的范圍為：0-200mbar, 0-2000mbar, 0-8000mbar, -900-1000mbar, -900mbar-6000mbar. 具有模塊化，可升級的特點，采用Elveflow ESI 軟件進(jìn)行控制。

OB1 微流控壓力和流量控制器的性能參數(shù)：

w 壓力穩(wěn)定性0.005% FS

w 相應(yīng)時間9ms

w 壓力分辨率0.003%FS

w 穩(wěn)定時間低于35ms

OB1 微流控壓力和流量控制器可用于數(shù)字微流控，流動化學(xué)&聚合物合成，細(xì)胞培養(yǎng)中的細(xì)胞灌注，細(xì)胞培養(yǎng)液的順序注射，單液滴測序，RNA 測序，芯片實驗室，器官芯片等應(yīng)用。