基于ELVEFLOW微流控技術的類器官芯片在肺癌精準治療中的應用

肺癌是全球范圍內發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性. 無疑, 以患者為中心的個性化藥物篩選和新藥研發對提高總體生存率至關重要. 近年來, 由于類器官模型具有培養周期短、操作便捷和擬合度高等優勢, 能夠真實保留患者腫瘤的遺傳信息, 在模型構建和個性化藥物篩選中扮演著越來越重要的角色. 然而, 傳統類器官穩定性差、腫瘤微環境單一、通量低等固有缺陷限制了其進一步的臨床轉化與應用. ELVEFLOW基于微流控技術的類器官芯片是類器官在生物技術維度的延伸, 可以實現對理化環境因素的精準控制、高度模擬腫瘤微環境、顯著提高藥物篩選通量, 有效彌補了傳統類器官培養技術的不足, 開啟了腫瘤個體化治療新紀元. 本文總結了ELVELFOW微流控類器官芯片作為個性化藥物篩選模型的優勢特征, 并結合在肺癌研究中的最新進展, 探討了類器官芯片在肺癌精準治療中的轉化價值和未來的發展方向.

基于微流控技術的類器官芯片臨床前模型具有已下顯著優勢

1、 提高類器官的穩定性

2、 高度模擬腫瘤微環境

3、 動態監測藥物反應

4、 實現高通量藥物篩選

類器官芯片在肺癌精準治療中的研究進展

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

美國食品藥品監督管理局(Food and Drug Admin-istration, FDA)在2021年初發布了, 表明了其對類器官芯片在新藥研發的積極態度, 希望通過建立標準化的模型平臺, 逐步減少或替代動物模型, 并利用類器官芯片來填補各種疾病/生理模型的空白. 特別是微流控技術使類器官在結構和功能上與患者體內更為貼近, 不僅為研究疾病表現的個體差異提供了可能,高通量篩藥和動態檢測方法也為疾病機制研究和藥物評價等應用領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的開發制造，以多通道的OB1 壓力控制器為主要設備，結合MFS 流量傳感器，MPS 壓力傳感器，MUX recirculation 循環閥，MUX distribution 分配閥等構建成套的微流控應用系統，其中微流控動態細胞培養系統及微流控細胞灌注培養系統用于是用于細胞培養的微流控系統。

微流控細胞培養是采用微流控系統在微流控芯片中進行的動態細胞培養，微流控細胞培養芯片的尺寸適合細胞的尺寸，因此被用于動態細胞培養中。微流控細胞培養的關鍵能夠模擬細胞微環境，采用微流控進行細胞培養的優勢有增加系微環境的生理相關性，將尺度縮小到組織的規模，創建復雜的共培養體系，施加動力和機械力，增加組織界面的模擬水平，減少藥物測試的動物實驗模型，模擬血液、淋巴和間質液體的流動等。

法國Elveflow采用微流控系統進行細胞培養的應用案例有：

w 微流控芯片上的細胞相互作用研究

w 采用微流控系統進行研究細菌對壓力和環境變化的適應性

w 采用微流控循環閥進行細胞培養的培養基的再循環

w 動態細胞培中細胞培養的循環

w 如何在微流控芯片中進行動態細胞培養的細胞染色

w 微流控動態細胞培養中細胞培養基灌注

w 微流控動態細胞培養中自動化細胞接種

w 微流控心肌細胞培養模型

w 采用微流控細胞培養灌注系統進行快速細胞培養基的切換

w 用于微流控qPCR的熒光讀取

w 采用微流控系統進行循環腫瘤細胞的捕獲

w 微流控芯片上活細胞檢測

w 采用微流控壓力泵進行弱蛋白結合的定量

微流細胞培養中采用的OB1 多通道壓力泵的參數：

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 軟件進行控制。

OB1 微流控壓力和流量控制器的性能參數：

w 壓力穩定性0.005% FS

w 相應時間9ms

w 壓力分辨率0.003%FS

w 穩定時間低于35ms

OB1 微流控壓力和流量控制器可用于數字微流控，流動化學&聚合物合成，細胞培養中的細胞灌注，細胞培養液的順序注射，單液滴測序，RNA 測序，芯片實驗室，器官芯片等應用。