芯片实验室技术新突破：为癌症治疗带来新希望！
导读
近日，瑞士与澳大利亚的科研人员合作开发出一种新型光流控微型纳米器件，并利用该器件检测单个淋巴瘤细胞分泌的细胞因子。这一突破性的研究成果将为癌症以及自身免疫性疾病的治疗带来新希望。
背景
每个人都会有不同的个性，细胞也一样，每个细胞的“个性”也不相同。研究表明，同种类型的两个不同细胞受到同样对待时，产生的响应却不相同。面对病毒等外部刺激因素，不同的细胞会分泌出不同数量的分子，进行不同程度的相互通信。
关于“细胞群”之间如何进行通信战胜疾病或者响应感染的科学研究非常多，然而对于“单个细胞”来说，目前仍然有许多需要研究与学习的。理解单个细胞之间的交互与通信行为，对于开发针对严重疾病的新疗法，更好地利用人体自身免疫系统的力量，精准地找到缺陷细胞，有着非常关键的意义。
创新
为了更好理解单个细胞之间如何进行通信，近日瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）、澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT）大学、瑞士洛桑大学、瑞士洛桑路德维希癌症研究所的科研人员合作开发出一种内含微腔的光流控微型纳米器件。
在一篇发表于《Small》杂志的论文中，团队演示了如何采用该技术检测单个淋巴瘤细胞分泌的细胞因子（cytokine）。
《Small》杂志封面图片显示，单个淋巴瘤细胞孤独地存在于新型生物传感器上。
（图片来源：EPFL）
技术
每个细胞都有自己复杂的运行方式。例如，癌症细胞会产生各种激素和蛋白质，扩散并入侵健康细胞；免疫细胞会分泌出特殊化学介质，也称为“细胞因子”，激励免疫系统与“感染”或“入侵者”作斗争。
细胞因子是指免疫原、丝裂原或其他刺激剂诱导多种细胞产生的低分子量可溶性蛋白质。细胞因子会在细胞间的通信过程中充当信使，在应对感染、免疫紊乱、炎症、败血症和癌症等疾病方面发挥重要作用。
研究发现，淋巴瘤细胞会以不同方式产生细胞因子，每个细胞都很独特。因此，研究人员需要判断每个细胞的“分泌物指纹”。
论文合著者之一、EPFL 工程实验室生物纳米光学系统实验室的领头人 Hatice Altug 表示：“迄今为止，研究单个细胞的方法通常需要荧光基团。但是这些成分会干扰细胞工作，使得实时研究变得不可能。” RMIT 教授 Arnan Mitchell 表示，对于开发疾病新疗法来说，分析单个细胞非常有价值，然而缺少有效的分析技术阻碍了这个领域的研究进展。
因此，科学家们开发出了新型芯片实验室技术，来研究淋巴瘤细胞的细胞因子分泌水平。新开发的纳米光学生物传感器是一片涂有金薄膜的载玻片，与传统的显微镜相兼容。载玻片上面打上数十亿个纳米孔，并排列成清晰的图案。
（图片来源：EPFL）
（图片来源：Bo Zhang / EPFL）
微型腔体放置在载玻片之上，它的壁由多孔膜组成，腔体的尺寸差不多是一颗雨滴的千分之一。腔体会接收来自微流控微通道的平稳的水流和营养流。微流控集成电路的流体通道尺寸与人类头发丝差不多，它还包括用于隔离细胞和浓缩细胞分泌物的阀结构以及调整温度和湿度的系统。
（图片来源：EPFL）
简宽带光源发出光线照射到腔体上。由于一种称为“等离体激元”的现象，纳米孔仅让一个光波频率或者颜色通过。当细胞分泌出分子时，它会附着在抗体上，从而改变纳米孔发出的光线频率。科研人员通过观察纳米孔发出的光线颜色，就可以判断出载玻片上微量特殊化学物质的出现，并且无需任何外部标记。
（图片来源：RMIT University）
研究人员将细胞放入腔中，在周围环境不会遭到破坏的条件下，实时观察细胞并持续监测其化学分泌物的种类和数量。这种光流控微型纳米器件可以连续工作12小时甚至更长时间。
（图片来源：EPFL）
价值
之前的大量研究都是关于细胞群的工作方式，但是对于单个细胞的行为研究得很少。这种新型器件是一种非常强大的工具，为理解单个细胞的行为以及通信方式提供了一种新方法，也为开发癌症以及自身免疫性疾病的新疗法铺平了道路。
Altug 表示：“例如，我们将选择最有效的免疫细胞抗击某种疾病。”论文的合作领导作者 Xiaokang Li 表示：“我们的方案可以识别肿瘤中最具攻击性的癌细胞，并精准地决定为患者提供何种治疗。
这种低成本、可升级、轻量、便携的技术有效地将微流控技术与纳米光子学相结合。未来，它将有着大量的潜在应用，例如用于水质监测、血液测试等等。
关键字
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参考资料
【1】https://actu.epfl.ch/news/deciphering-the-language-of-cells-using-observatio/
【2】https://www.rmit.edu.au/news/newsroom/media-releases-and-expert-comments/2018/may/attacking-disease-learning-language-cells
【3】X. Li, M. Soler, C. Szydzik, K. Khoshmanesh, J. Schmidt, G. Coukos, A. Mitchell and H. Altug, "Label-Free Optofluidic Nanobiosensor Enables Real-Time Analysis of Single-Cell Cytokine Secretion," Small