肿瘤细胞的“逃亡”之路：新型芯片揭示癌细胞侵袭与耐药的奥秘

肿瘤转移是导致癌症相关死亡的主要原因，而肿瘤细胞侵袭是癌症转移过程中的关键步骤。传统用于分析肿瘤细胞侵袭性的方法，如Transwell实验和免疫缺陷小鼠模型，难以精准控制肿瘤微环境中的多种因素，例如不同的生化信号和细胞类型。近年来，微流控芯片技术作为一种新兴工具，在肿瘤侵袭性分析中展现出巨大潜力，但如何在同一组肿瘤细胞中同时进行平行和对照实验仍是一大挑战。

近期，中国医科大学的研究团队开发了一种新型三维共培养微流控芯片，用于研究肿瘤细胞侵袭性。该芯片由三个同心圆组成，分为四个相同的区域，每个区域包含肿瘤细胞区、侵袭通道和共培养通道。这种独特的设计使得芯片能够围绕同一组肿瘤细胞进行四组特定的平行或对照分析，从而避免了因不同组肿瘤细胞接受不同处理因素而导致的侵袭性差异。

研究结果

图 1 微流控系统工作原理示意图

如图1。该装置由三个同心圆组成，分为四个相同区域，每个区域包含肿瘤细胞区、侵袭通道和共培养通道。通过矩形微柱分隔各通道，允许培养基、生物分子和细胞信号在间隙中交换，高度为150μm，便于三维细胞培养。肿瘤细胞区用于加载肿瘤细胞，侵袭通道为细胞间相互作用提供空间，共培养通道可施加不同因子（如趋化因子、药物或细胞），培养基池用于补充营养。而不同共培养细胞作用于同一组肿瘤细胞时，肿瘤细胞表现出不同行为。

研究者通过COMSOL模拟和蓝色墨水实验验证，该装置可在3小时内建立从肿瘤细胞区到共培养通道的浓度梯度，并维持至少24小时。四个区域的浓度梯度几乎相同，具有高度平行性。

图 2 微流控系统功能表征

HEK-293细胞在装置中连续培养5天，第1、3、5天观察到细胞在四个区域均能良好生长，数量随时间增加（图2A）。5天后，活/死染色显示细胞几乎全部存活，仅少数死亡（图2B），且四个区域的细胞行为一致，适合进行平行分析。

研究团队还利用该芯片对不同侵袭能力的肿瘤细胞（如CL-187、LoVo和C6细胞）进行了测试（图2C）。结果显示，在20%胎牛血清诱导下，CL-187细胞的侵袭性最低，LoVo细胞在第3天开始侵入侵袭通道并在第5天进一步侵入，而C6细胞表现出最高的侵袭性，甚至在第5天侵入到培养基池。这些结果表明，该芯片能够有效评估不同侵袭能力细胞群体的侵袭性。

此外，该芯片的一个显著优势在于能够同时进行平行和对照实验。例如，在研究5-FU（一种抗癌药物）对C6细胞侵袭性的影响时，两个共培养通道添加了25微克/毫升的5-FU，另外两个通道则作为不含5-FU的对照。结果显示，添加5-FU的区域中C6细胞的侵袭距离显著缩短，而对照组细胞的侵袭距离几乎不受影响。此外，通过荧光标记的Caspase-3检测发现，5-FU处理的细胞中凋亡细胞数量增加，进一步证实了药物对细胞侵袭和存活的影响。

图 3 共培养条件下LoVo细胞的侵袭性评估及药物作用条件

如图3，研究团队还利用该芯片探索了癌相关成纤维细胞（CAFs）对LoVo细胞侵袭性和药物抗性的影响。结果显示，与正常成纤维细胞（NFs）相比，CAFs显著增强了LoVo细胞的侵袭性，并使其对5-FU治疗更具抗性。免疫荧光分析表明，CAFs能够促进LoVo细胞的上皮-间质转化（EMT），这可能是其增强侵袭性的机制之一。

这种新型微流控芯片为研究肿瘤细胞侵袭性提供了一种强大工具。它能够同时进行多组平行和对照实验，精确评估不同因素对同一组肿瘤细胞侵袭性的影响。此外，该芯片还可用于模拟原发肿瘤向特定器官的转移过程，为肿瘤转移机制的研究和抗癌药物的开发提供了新的思路和方法。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.saa.2025.125942