按(an)照技術原(yuan)理(li),可(ke)暫將(jiang)分子診(zhen)斷技術大致劃分為PCR技術、分子雜交(jiao)、基因(yin)測(ce)序(xu)、核(he)酸(suan)質(zhi)譜(pu)、生(sheng)物(wu)芯片(包括基(ji)因(yin)芯片、微(wei)流(liu)控(kong)芯片)5大(da)類(lei).今(jin)天(tian)就(jiu)為大家分析(xi)介(jie)紹(shao)微(wei)流(liu)控(kong)技術的相關情況(kuang).在(zai)本文之前,小(xiao)編(bian)已(yi)經(jing)陸(lu)續整理(li)了(le)壹(yi)些(xie)相關文章,包括對(dui)分子診(zhen)斷技術概(gai)況的介(jie)紹、NGS技術在病原(yuan)微(wei)生(sheng)物(wu)檢(jian)測(ce)中(zhong)的應用、數字(zi)PCR技術的優(you)勢(shi)及(ji)應用、基因(yin)檢測的廣(guang)泛(fan)用途等文章,可(ke)供(gong)讀(du)者全(quan)面(mian)了(le)解相關領域(yu)的知(zhi)識.

        微流(liu)控(kong)技術的主(zhu)要形式為微流(liu)控(kong)芯片或(huo)者稱芯片實(shi)驗(yan)室,主要(yao)是指以生(sheng)物(wu)化(hua)學和(he)分析(xi)化(hua)學為基礎,以微(wei)管道網(wang)絡(luo)為結構(gou)特征,將(jiang)整(zheng)個(ge)分析(xi)實(shi)驗(yan)室的功(gong)能,包括采(cai)樣(yang)、樣(yang)品前處(chu)理(li)、反應、分離(li)、檢測(ce)等集合(he)在(zai)壹(yi)塊(kuai)幾平方厘米(mi)的芯片上進行(xing)分析(xi)的技術.

        生(sheng)命分析(xi)技術不斷發展(zhan),在新(xin)的時(shi)代背(bei)景,又面(mian)臨(lin)新(xin)挑(tiao)戰和發展(zhan)機遇:要(yao)求(qiu)在(zai)特別(bie)小(xiao)的空間(jian),特定(ding)的時(shi)間,特定(ding)的外(wai)界(jie)條(tiao)件(jian)進行(xing)物質(zhi)定(ding)性、定量、結(jie)構(gou)分析(xi)、形貌分析(xi)等工作.而(er)微流(liu)控(kong)技術的出(chu)現為生(sheng)命分析(xi)面(mian)臨(lin)的三大(da)特殊(shu)挑(tiao)戰提(ti)供了(le)有力(li)的操(cao)控(kong)工具(ju).微(wei)流(liu)控(kong)技術具(ju)有如下特點(dian):

        · 集成小型(xing)化(hua)與自(zi)動(dong)化(hua): 通過(guo)流(liu)道(dao)的尺寸(cun)和(he)曲度(du)、微閥門、腔體設(she)計(ji)的搭(da)配(pei)組合實現(xian)檢(jian)測的集成小型(xing)化(hua)和自(zi)動(dong)化(hua).

        · 高(gao)通(tong)量(liang)分析(xi):芯片設(she)計(ji)多流(liu)道(dao)、多個(ge)反(fan)應單(dan)元(yuan)的相互隔離(li),使各個(ge)反(fan)應互不幹(gan)擾(rao).

        · 檢(jian)測試(shi)劑(ji)消耗少(shao),樣本(ben)量需(xu)求(qiu)少(shao):微流(liu)控(kong)芯片反(fan)應單(dan)元(yuan)腔(qiang)體特別(bie)小(xiao),試(shi)劑(ji)使用量遠遠低(di)於常規操(cao)作.

        · 汙染少(shao):芯片集成功能(neng)避(bi)免了(le)人工操(cao)作的汙(wu)染.

        微流(liu)體芯片技術的應用

        微流(liu)控(kong)技術問世至(zhi)今(jin)有近30年(nian)歷史(shi),但其(qi)發展(zhan)迅猛,被(bei)稱為下壹(yi)代醫(yi)療(liao)診(zhen)斷"顛覆(fu)性技術".通過(guo)利用微流(liu)體芯片進行(xing)的研究壹(yi)直都在不斷進行(xing)中,近(jin)日壹(yi)項(xiang)關於乳腺癌(ai)細(xi)胞轉移(yi)相關的研究就用到(dao)該技術.來自(zi)密(mi)西根大(da)學安(an)娜堡(bao)分校的研究人員利用新(xin)開發的高(gao)通(tong)量(liang)微(wei)流(liu)體芯片,發現了(le)轉移(yi)性(xing)乳(ru)腺(xian)癌(ai)細(xi)胞的重(zhong)要(yao)特性(xing)之壹(yi) — 吞(tun)噬間(jian)充(chong)質幹(gan)細(xi)胞 (MSC).該研究指出癌(ai)細(xi)胞通過(guo)吞(tun)噬MSC,增(zeng)強(qiang)了(le)自(zi)身(shen)侵襲性(xing),讓(rang)癌(ai)癥(zheng)迅速(su)發展(zhan)擴散(san).研究認(ren)為阻(zu)止(zhi)乳腺癌(ai)細(xi)胞系(xi)的吞(tun)噬行(xing)為,有望成為遏制(zhi)乳(ru)腺(xian)癌(ai)轉移(yi)的新(xin)方(fang)向(xiang),而相關的基(ji)因和分子也(ye)是乳(ru)腺(xian)癌(ai)診(zhen)斷治療(liao)的潛在(zai)靶點(dian),這將是為諸多患(huan)者帶(dai)來新(xin)的希(xi)望.另(ling)外(wai),我(wo)們(men)對(dui)關於微流(liu)體芯片的應用作壹(yi)個(ge)簡(jian)單介紹.

 

        細(xi)胞分選(xuan)

        通(tong)過(guo)不同(tong)的分選(xuan)原(yuan)理(li),微流(liu)控(kong)芯片可(ke)實(shi)現(xian)對(dui)不同(tong)細(xi)胞的分離(li).以循(xun)環(huan)腫瘤(liu)細(xi)胞(CTCs)為例,該細(xi)胞主要來自(zi)腫(zhong)瘤(liu)組織(zhi)自(zi)發脫落(luo)的外(wai)周血(xue)液中,其(qi)對(dui)惡(e)性腫(zhong)瘤(liu)傳播(bo)轉移(yi)具(ju)有重(zhong)要(yao)影(ying)響,已(yi)逐漸(jian)被認(ren)為是腫瘤(liu)遠處(chu)轉移(yi)的標(biao)誌.對(dui)外(wai)周血(xue)中(zhong)極微(wei)量的具(ju)有特異(yi)性(xing)、敏(min)感性(xing)的CTCs進行(xing)分選(xuan)、富集及(ji)檢(jian)測,不僅有利於腫瘤(liu)的早期(qi)診斷、療(liao)效(xiao)評(ping)價及復發轉移(yi)監(jian)控(kong),還可(ke)以為後續的CTCs鑒定和下遊單(dan)細(xi)胞基因組(zu)和(he)轉錄(lu)組(zu)測序提(ti)供良(liang)好(hao)基(ji)礎,為腫瘤(liu)靶向(xiang)治療(liao)提(ti)供新(xin)策(ce)略(lve),在臨(lin)床上個(ge)性(xing)化醫療(liao)等領域(yu)有重(zhong)要(yao)意(yi)義.

        微(wei)流(liu)控(kong)技術可(ke)在(zai)微(wei)米(mi)尺度(du)下(xia)整合(he)物理、化學及(ji)生(sheng)物(wu)學方(fang)法,實(shi)現對(dui)微(wei)量CTCs的高(gao)通(tong)量(liang)、高(gao)效(xiao)率(lv)以及(ji)低(di)成本分選(xuan)富集,該(gai)技術發展(zhan)迅速(su)並(bing)已(yi)被廣(guang)泛(fan)研究應用.新(xin)開發的微(wei)流(liu)體平臺(tai)IsoFlux使用微流(liu)體通道(dao)確保(bao)將(jiang)磁性(xing)顆粒(li)標(biao)記的CTCs充(chong)分可(ke)靠(kao)地暴(bao)露(lu)於密(mi)集且(qie)強度(du)均(jun)勻的磁場(chang)中,以實(shi)現高(gao)效(xiao)的細(xi)胞富集回(hui)收(shou).

 

        藥(yao)物篩選(xuan)

        藥(yao)物篩選(xuan)是(shi)現代藥物開發流(liu)程中(zhong)測試(shi)和(he)獲(huo)取特定(ding)生(sheng)理(li)活性化(hua)合(he)物的壹(yi)個(ge)步(bu)驟(zhou).微(wei)流(liu)控(kong)芯片技術由於具(ju)有樣品消(xiao)耗量小、速(su)度快(kuai)、柱效(xiao)高(gao)以及(ji)所用溶(rong)液體系(xi)較(jiao)接(jie)近生(sheng)物(wu)體液組成等特點(dian),已(yi)經(jing)成為壹(yi)種非(fei)常具(ju)有潛力(li)的藥(yao)物及先導(dao)化(hua)合物(wu)的高(gao)效(xiao)篩選(xuan)工具(ju).

        微(wei)流(liu)控(kong)芯片可(ke)以集成256個(ge)或(huo)者細(xi)胞培養腔(qiang)微陣(zhen)列(lie),改變(bian)細(xi)胞常規培養方(fang)法,實(shi)現細(xi)胞藥物篩選(xuan)的高(gao)通(tong)量(liang)化(hua);芯片微(wei)納升(sheng)級(ji)體積(ji)大(da)大(da)減(jian)少(shao)了(le)試(shi)劑(ji)消耗量,減(jian)低(di)藥物篩選(xuan)成本;微(wei)流(liu)控(kong)芯片設(she)計(ji)的二(er)維結構(gou)或(huo)者三維微結(jie)構(gou)區(qu)域(yu)可(ke)產生(sheng)低(di)剪切(qie)力(li),在(zai)腔室內(nei)形成濃度(du)梯度,進而(er)對(dui)藥(yao)物進行(xing)毒性分析(xi);微(wei)流(liu)控(kong)芯片集成化非(fei)常(chang)明顯(xian),將藥物(wu)的合(he)成分離(li)富集、實(shi)驗(yan)細(xi)胞培養、藥(yao)物效(xiao)果(guo)檢測(ce)等多個(ge)步(bu)驟(zhou)集成於壹(yi)張(zhang)芯片,實(shi)現(xian)了(le)藥物(wu)篩選(xuan)的自(zi)動(dong)化(hua)分析(xi).

 

        器官(guan)集成芯片與器官(guan)仿生(sheng)

        生(sheng)物(wu)組(zu)織(zhi)、器官(guan)的體外(wai)模型(xing)是(shi)揭示(shi)人類(lei)生(sheng)理(li)和(he)病(bing)理(li)的不可(ke)缺(que)少(shao)的工具(ju).而(er)基(ji)於微流(liu)控(kong)芯片的器官(guan)模型(xing)通(tong)過(guo)特定(ding)方(fang)式將(jiang)細(xi)胞培養或(huo)組裝(zhuang)到(dao)微流(liu)控(kong)芯片中(zhong),根據(ju)生(sheng)物(wu)體中的器官(guan)結構(gou)在(zai)體外(wai)對(dui)其(qi)進行(xing)重(zhong)建(jian),用以研究特定(ding)環(huan)境下器官(guan)的生(sheng)理(li)機(ji)能(neng)和(he)構(gou)建(jian)體外(wai)的特異(yi)性(xing)疾病(bing)模型(xing).這種技術對(dui)於藥物毒性和藥(yao)效(xiao)的預(yu)測比常(chang)規體外(wai)模型(xing)更有潛力(li),它(ta)能夠(gou)提(ti)供對(dui)於組織(zhi)乃(nai)至(zhi)器官(guan)水(shui)平的作(zuo)用機制(zhi)的深入(ru)了(le)解,能(neng)應用於藥物的吸(xi)收(shou)、分布(bu)、代謝和(he)排(pai)泄(xie)的預(yu)測以及(ji)藥物(wu)毒性的研究.

        以微(wei)流(liu)控(kong)技術在神(shen)經(jing)系(xi)統(tong)疾病中的研究應用為例,在過(guo)去(qu)的研究中,動(dong)物(wu)模型(xing)通(tong)常被用於腦(nao)部(bu)結構(gou)及(ji)其(qi)相關疾病(bing)的模(mo)擬(ni),但是(shi)這種方(fang)法價格昂(ang)貴(gui)、效(xiao)率(lv)低(di)、實驗(yan)復雜以及(ji)耗時多,嚴重(zhong)限(xian)制(zhi)了(le)神(shen)經(jing)疾(ji)病研究的發展(zhan).近年來,利用微流(liu)控(kong)芯片技術已(yi)經(jing)能(neng)夠在體外(wai)很好(hao)地模(mo)擬(ni)中樞(shu)神(shen)經(jing)系(xi)統(tong) (CNS),建(jian)立(li)疾病(bing)模(mo)型(xing),進而(er)讓(rang)我(wo)們(men)對(dui)神(shen)經(jing)性(xing)疾病,如阿爾(er)茲海默病(bing)、帕(pa)金(jin)森病等的研究有更深入(ru)的了(le)解.

 

        小(xiao)結(jie)

 

        微流(liu)控(kong)芯片在(zai)疾(ji)病診(zhen)斷方面(mian)的相關研究還包括生(sheng)物(wu)標(biao)誌物免疫分析(xi)、核(he)酸(suan)測(ce)序(xu)等 .作為壹(yi)種新(xin)興的科(ke)學技術,微流(liu)控(kong)研究已(yi)經(jing)涉及(ji)化(hua)學、生(sheng)物(wu)學、工程學和(he)物理(li)學等諸多領(ling)域(yu).微(wei)流(liu)控(kong)技術發展(zhan)前景(jing)巨(ju)大(da),與其(qi)他的代(dai)表性技術會在(zai)更為廣泛(fan)的研究領域(yu)中(zhong)交(jiao)叉滲透,發展(zhan)迅速(su),為醫學研究與臨(lin)床轉化作(zuo)出巨(ju)大(da)的貢(gong)獻.