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1、 集成化微流控肿瘤细胞侵袭能力分析平台的建立指导教师 方 瑾 教授 研 究 生 周 喆 肿瘤侵袭是恶性肿瘤最基本的生物学特征，其标志是肿瘤细胞突破基底膜。 肿瘤侵袭是肿瘤细胞、周围间质相互作用的结果，是肿瘤转移的第一步。立题依据肿瘤细胞通过细胞表面受体附着于基质膜或者细胞外基质；肿瘤细胞分泌酶导致相邻的基质膜或细胞外基质降解；在特殊化学因子刺激下，细胞迁移进入靶组织。肿瘤侵袭机制肿瘤侵袭体外模型Transwell侵袭小室测定法Transwell小室上层培养液 细胞 基质胶 下层培养液 细胞培养板 肿瘤侵袭体外模型Transwell侵袭小室测定法“贴壁”细胞计数将膜切下擦去膜上层细胞和基质胶固定

2、膜下层细胞细胞染色镜下多视野计数 非“贴壁”细胞计数收集下层培养液，用流式细胞仪计数或MTT法计数。Transwell小室法存在的问题操作繁琐、分析时间长难以准确计数穿膜细胞数量无法实时动态检测细胞侵袭能力费用高无法回收细胞进行后续分析肿瘤侵袭体外模型如何解决？微流控芯片（芯片实验室）微流控芯片技术是一种新的微型分析系统，它采用微加工技术在厘米尺寸的玻璃、塑料及硅橡胶材料上刻蚀出微米尺寸的反应管道及分析元件，使各种分析过程可在微米尺寸的结构中完成。 微流控芯片的特点 样品消耗小 分析时间短 费用低 将多个分析过程集成于一体 高度的自动化研究目标 在微流控芯片上效仿Transwell的原理，建立

3、集细胞培养、细胞穿膜、细胞动态计数于一体的微流控肿瘤细胞侵袭体外定量分析技术平台，实现肿瘤侵袭检测的集成化，为肿瘤侵袭机制研究及相关药物筛选提供新的方法。研究方案集成化微流控肿瘤细胞侵袭能力分析平台的建立集成化微流控肿瘤细胞侵袭系统的功能评价集成化微流控肿瘤细胞侵袭系统的扩展应用集成化微流控肿瘤细胞侵袭能力分析平台的建立芯片的设计及制作：设计制作包含双层微流控网络的芯片结构，并将膜集成到两层通道之间。集成化微流控肿瘤细胞侵袭能力分析平台的建立2.流式细胞计数系统的设计和制作：由十字交叉通道和光学检测装置共同组成。集成化微流控肿瘤细胞侵袭能力分析平台的建立3.微流控肿瘤侵袭分析平台的建立：包括芯

4、片处理、细胞培养及侵袭力检测。集成化微流控肿瘤细胞侵袭能力分析平台的建立4.微流控肿瘤侵袭分析平台的优势 避免了繁琐操作过程中，人为原因造成的误差 真正实现对侵袭过程的实时定量分析 提高分析的效率和准确性 可回收细胞进行进一步分析集成化微流控肿瘤细胞侵袭系统的功能评价 不同细胞侵袭能力分析实验：根据已有文献报道及本室研究结果选取20种具有不同侵袭力的细胞系作为实验分析对象，包括正常细胞系、低转移细胞系、高转移细胞系及转染细胞系等。分析20种不同转移能力的细胞，并与目前广泛使用的transwell方法比较。集成化微流控肿瘤细胞侵袭系统的扩展应用 高侵袭细胞亚群的筛选：在细胞穿膜的不同时间收取细胞

5、扩大培养后，在该系统上进行多次穿膜实验，得到的细胞通过动物体内实验及相关基因表达产物的检测，筛选到具有更高转移能力的不同细胞亚群进行相关的肿瘤研究。创新之处首次将肿瘤侵袭能力的分析过程移植到微流控系统上，实现集成化连续检测，提高芯片细胞分析系统和流式计数系统的功能性。改变以往侵袭能力检测实验中计数附着于膜上的细胞的惯例，针对微流控系统便于集成化的优势，提出细胞培养、细胞穿膜和细胞计数连续进行的新思路，既便于操作，又提高了检测的效率和准确性。微流控芯片细胞培养系统的建立芯片材料的选取阶段性成果 芯片材料多采用PDMS（聚二甲基硅氧烷，俗称硅橡胶），该类材料具有良好的生物相容性，对气体有一定的通透性，有利于细胞培养过程中O2和CO2气体的交换。 微流控芯片细胞培养系统的建立芯片的制作阶段性成果芯片通道表面处理多聚赖氨酸涂层阶段性成果无PLL涂层12h后细胞有PLL涂层12h后细胞毛细蒸发驱动微泵原理：以滤纸柱的毛细作用和大气蒸发相结合作为驱动力，实现液体的驱动。优点： 不需外界电源 制作简单、造价低 体积小，易于集成 流速稳定、易于调节 可长时间连续使用 可脱离培养箱，进行实时观察毛细-蒸发微泵与微流控芯片集成 阶段性成果阶段性成果 流速测试滤纸柱暴露高度 45mm, 直径7.5mm室温下：H2O v=1.877uL/min DMEM培养基 v=2.5