曾繁根 Fan-Gang Tseng

應用微流體器官晶片系統模型 篩檢癌症藥物

儘管近年來生物技術和藥物研究取得了長足進步，但癌症仍然是人類死亡的主要原因。早期診斷癌症至關重要，因為早期治療可以顯著改善預後。目前，用於常規血液篩檢的低成本且易於操作的循環腫瘤細胞（CTC）高效分離和靈敏檢測設備仍然匱乏。過去10年我們整合了一個積體化的微流控平臺（高密度自組裝細胞陣列，HD-SACA系統）來檢測分析血、體液中的稀少細胞，如CTC以及FnRBC (胎兒帶核紅血球)。該平臺不僅能夠在1小時內從真實血液樣本中分離出單一CTC/CTM，用於快速CTC的鑑定和診斷，並結合奈米顆粒感測系統，還能進行腫瘤細胞器藥物篩選，從而實現精準醫療。該系統包含一個高通量3D微透析和自組裝細胞陣列（SACA）晶片，能夠快速將細胞自組裝成緻密的單層（106個細胞/cm²），從而實現快速染色和高速並行檢測（每小時6×106個細胞，可產生4張影像）。此方法可達10億至10億個細胞的分離比例，回收率超過95%，且4毫升血液樣本的整個流程可在兩小時內完成。這個微流體系統利用自組裝細胞陣列（SACA）晶片，成功對2,000多例確診大腸直腸癌及其他癌症患者的循環腫瘤(雜合)細胞（CTC,CHC）/循環腫瘤微栓（CTM）進行了計數分析與單細胞捕捉。我們發現周邊血液（PB）而非腸系膜上靜脈（IMV）的CTC計數與疾病分期有關。新輔助化療並未導致兩種血液樣本中CTC計數的下降。 CTC/CTM與其他生物標記物合併檢測，其檢測勝算比值可高於40，綜合檢測指標P-Score對癌症疾病與治療進程的預測，可以有90%以上準確度。由於此方法快速溫和，晶片上分離的CTC細胞仍保持活性，可進一步進行表徵或基因型態分析和培養，並透過奈米感測器讀取晶片上腫瘤類器官中腫瘤微環境的信息，從而進行預後評估。晶片上培養/擴增的循環腫瘤細胞（CTC）形成腫瘤類器官後，可進一步用作藥物測試靶點，用於人工智慧輔助（AI-CSR）精準醫療的聯合用藥篩選。晶片上的腫瘤類器官可進一步與晶片上的肝臟和腎臟器官晶片整合，不僅用於雞尾酒藥物測試，還用於藥物毒性驗證與器官安全性評估。