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微流控芯片技术：开启循环肝癌细胞检测与微量肿瘤细胞培养的新征程

一、引言

1.1研究背景与意义

肝癌，作为全球范围内严重威胁人类健康的重大疾病之一，其发病率和死亡率长期居高不下。据世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）发布的2020年全球必威体育精装版癌症负担数据显示，肝癌在全球范围内的新发病例数高达90.6万，死亡病例数约83万，分别位居全球恶性肿瘤发病的第六位和死亡的第三位。在中国，肝癌的形势更为严峻，由于乙肝病毒感染率较高等因素，中国的肝癌患者数量约占全球的一半，且多数患者在确诊时已处于中晚期，5年生存率仅约14.1%。肝癌早期通常症状隐匿，难以察觉，而一旦病情进展到中晚期，肿瘤往往发生转移，手术切除等根治性治疗手段的效果不佳，患者的生存质量急剧下降，医疗费用负担沉重，给患者家庭和社会带来了巨大的经济和精神压力。因此，实现肝癌的早期诊断和有效治疗，对于提高患者生存率、改善生活质量具有至关重要的意义。

在肝癌的诊疗过程中，循环肝癌细胞（CirculatingTumorCells，CTCs）检测和微量肿瘤细胞培养技术发挥着关键作用。CTCs是指从肿瘤原发灶或转移灶脱落进入外周血液循环的肿瘤细胞，它们是肿瘤发生远处转移的重要根源。通过检测CTCs，能够获取肿瘤细胞的生物学信息，如肿瘤细胞的基因特征、蛋白表达等，为肝癌的早期诊断、病情监测、预后评估以及个性化治疗方案的制定提供重要依据。例如，在肝癌早期，血液中CTCs的数量可能已经开始增加，通过高灵敏度的检测技术能够及时发现这些异常细胞，从而实现肝癌的早期预警。在治疗过程中，动态监测CTCs的数量和特征变化，可以评估治疗效果，及时调整治疗策略，避免过度治疗或治疗不足。微量肿瘤细胞培养则能够在体外模拟肿瘤细胞的生长环境，对少量的肿瘤细胞进行扩增培养，以便深入研究肿瘤细胞的生物学特性、药物敏感性等，为开发新的治疗药物和方法提供实验基础。比如，通过对培养的肿瘤细胞进行药物筛选，可以找到对患者个体最为有效的治疗药物，实现精准治疗，提高治疗效果，减少药物不良反应。

然而，传统的CTCs检测和微量肿瘤细胞培养方法存在诸多局限性。在CTCs检测方面，传统的检测技术如免疫磁珠分离法、流式细胞术等，存在灵敏度低、特异性差、操作复杂、检测成本高等问题。免疫磁珠分离法虽然能够利用抗体与CTCs表面抗原的特异性结合来分离CTCs，但由于肿瘤细胞的异质性，不同患者的CTCs表面抗原表达存在差异，可能导致部分CTCs无法被有效捕获，从而降低检测灵敏度。流式细胞术则需要昂贵的仪器设备，且对操作人员的技术要求较高，同时，在检测过程中容易受到血液中其他细胞的干扰，影响检测结果的准确性。在微量肿瘤细胞培养方面，传统的培养方法如平板培养法，难以维持肿瘤细胞的原始生物学特性，细胞培养效率低，且容易受到污染。平板培养法提供的生长环境与体内肿瘤微环境差异较大，肿瘤细胞在这种环境下容易发生分化和变异，导致培养的细胞无法真实反映肿瘤细胞的特性，影响后续的研究和应用。

微流控芯片技术的出现，为肝癌的诊疗带来了新的契机。微流控芯片，又被称为芯片实验室（Lab-on-a-Chip）或微全分析系统（micro-TotalAnalyticalSystem），是一种将生物、化学等领域中涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微小芯片上的技术。它利用微尺度通道（尺寸通常为数十到数百微米）来精确控制微小体积流体（体积为微升、纳升甚至阿升）的流动，实现对生物分子、细胞等的精确操控和分析。微流控芯片技术具有众多显著优势，这些优势使其在肝癌的CTCs检测和微量肿瘤细胞培养中展现出巨大的潜力。

从检测角度来看，微流控芯片的高灵敏度和特异性使其能够更精准地捕获和检测CTCs。其微纳结构和表面修饰技术可以根据CTCs的物理和生物学特性，如细胞大小、表面标志物等，实现对CTCs的高效富集和特异性识别。通过在微流道表面修饰特定的抗体，能够特异性地结合CTCs表面的抗原，从而将CTCs从大量的血细胞中分离出来，大大提高检测的准确性和灵敏度。微流控芯片还能够实现多参数检测，同时分析CTCs的多种生物学特征，为肝癌的诊断和预后评估提供更全面的信息。从培养角度而言，微流控芯片能够精确模拟体内肿瘤微环境，为微量肿瘤细胞提供更适宜的生长条件。芯片上可以构建微流道网络，精确控制营养物质、生长因子等的浓度和流速，为肿瘤细胞提供稳定且类似于体内的营养供应。通过调节芯片内的物理和化学环境，如温度、酸碱度、氧含量等，能够更好地维持肿瘤细胞的原始生物学特性，提高细胞培养的成功率和质量。

基于微流控芯片技术在肝癌诊疗中的巨大潜力，深入研究基于微流控芯片的循环肝癌细胞检测和