用于“液体活检”分析的“芯片上实验室”检测外泌体——肿瘤细胞产生的微小生物信息包裹，以刺激肿瘤生长或转移。“历史上，人们认为外泌体就像‘垃圾袋’，细胞可以用来丢弃不需要的细胞内容物，”该研究的第一作者、库尔家族学者、堪萨斯大学化学副教授曾勇说。但在过去的十年里，科学家们意识到它们在向受体细胞发送信息和传递分子信息方面非常有用，这在许多生物功能中都很重要。基本上，肿瘤发出外泌体包装活性分子，反映亲代细胞的生物特征。虽然所有细胞都会产生外泌体，但与正常细胞相比，肿瘤细胞确实很活跃。”
The new lab-on-a-chip’s key innovation is a 3D nanoengineering method that mixes and senses biological elements based on a herringbone pattern commonly found in nature, pushing exosomes into contact with the chip’s sensing surface much more efficiently in a process called “mass transfer.” “People have developed smart ideas to improve mass transfer in microscale channels, but when particles are moving closer to the sensor surface, they’re separated by a small gap of liquid that creates increasing hydrodynamic resistance,” Zeng said. “Here, we developed a 3D nanoporous herringbone structure that can drain the liquid in that gap to bring the particles in hard contact with the surface where probes can recognize and capture them.”
Zeng将芯片的纳米孔与一百万少许厨房水槽相比：“如果你有一个充满水的水槽和漂浮在表面上的球，你如何让所有球与水槽底部接触，传感器可以分析它们？最简单的方法是排出水。“
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为了开发和测试这一开创性的微流体装置，曾晶与一名肿瘤生物标志物专家、堪萨斯大学癌症中心副主任安德鲁·戈德温(Andrew Godwin)，以及戈德温生物标志物发现实验室的研究生阿什利·泰特洛(Ashley Tetlow)合作。安德鲁·戈德温是堪萨斯大学医学中心病理与实验室医学系的主任。研究人员利用卵巢癌患者的临床样本测试了芯片的设计，发现该芯片可以在极少量的血浆中检测癌症的存在。戈德温教授说:“我们的合作研究继续取得成果，并推进了癌症研究和患者护理的一个关键领域，即早期检测的创新工具。”戈德温是科罗拉多大学医学中心分子肿瘤学、病理学和实验室医学的教授和主任。“这一研究领域对于卵巢癌等癌症尤其重要，因为绝大多数女性是在癌症晚期才被诊断出来的，可悲的是，这种疾病在很大程度上是无法治愈的。”
更重要的是，KU开发的新型微流体芯片比可比的设计更便宜，更容易制作，允许对患者更广泛而较低的昂贵测试。“我们在这里创建的是一种3D纳米透明方法，无需任何花哨的纳米制造设备 - 本科甚至高中生就可以在我的实验室中做到这一点，”曾说。“这是如此简单和低成本，它具有转化为临床环境的巨大潜力。我们一直与Ku Cancer Center博士和Ku Cancer Center博士和其他研究实验室合作，以进一步探索该技术的翻译应用。“
曾晶表示，随着这种微流控芯片的设计被证实可以用卵巢癌作为模型，这种芯片可以用于检测许多其他疾病。他说:“现在，我们正在研究细胞培养模型、动物模型和临床病人样本，所以我们确实在做一些转译研究，将该设备从实验室环境转向更多的临床应用。”“几乎所有哺乳动物细胞都会释放外泌体，所以这种应用不仅仅局限于卵巢癌或任何一种癌症。例如，我们正在与人们合作研究神经退行性疾病、乳腺癌和结肠直肠癌。”
来源：美国堪萨斯大学
