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急性髓系白血病（acute myelocytic leukemia, AML）是一种造血系统的髓系原始细胞克隆性恶性增殖性疾病，是最为常见的急性白血病，其特征是造血干细胞异常膨胀，分化很少或是异常，从而导致未成熟的白血病细胞累积。AML是85%白血病成年病人患病的主要来源，也是导致死亡的关键因素。那么，有无可能随机抽取AML病人的肿瘤细胞进行研究，从而实现对AML抗药性的快速检测和高效的靶向治疗呢？近日，武汉大学的杨奕团队在芯片实验室上通过对AML的单细胞进行捕获，利用药物溶液的对流扩散在微流沟道中形成连续的浓度梯度场，再结合光学的全内反射，设计出一种高效的实时监测单细胞抗药性的光流控检测芯片。

近年来，细胞分析一直是生物探测、医药学研究等领域的研究热点。与其他分析方法相比，单细胞水平的分析更受青睐。该方法致力于揭露单个细胞的隐藏特异性，特别是在癌细胞探测上优势尤为突出。在最近的研究中，癌细胞的药敏实验、高通量细胞毒性实验和分析都一一报道。其中，基于微流控技术的方法最为常见，主要是以单一浓度下重复复杂的实验来获得一系列药物浓度的细胞响应，实验操作过于复杂而且效率较低，无法实现快速单细胞连续药物浓度响应的检测。简单而高效的单细胞连续药物浓度的反应手段和操作平台仍然非常欠缺。

武汉大学的杨奕团队开发了一种新的基于对流扩散-全内反射方法下急性髓系白血病单细胞的实时抗药性检测光流控系统，很好地解决了上述问题。光流控技术是在微纳尺度下将微流控技术与光学技术相结合的新技术，具有精确处理流体和检测样品的能力。基于优良的性能，该技术成为单细胞药物分析的有力支撑。例如，该技术可以控制药物在沟道中形成连续天然的梯度分布，因此为连续药物浓度下检测细胞抗药性提供了可能性。结合具有高灵敏度和高信噪比的光学全内反射技术，特别是产生的消逝场对溶剂的折射率和浓度非常敏感，该技术可以用于检测和区分不同药物浓度的细胞抗药性。任二酸（Azelaic acid, AZA）是一种天然、无毒、非致畸、非诱变的饱和二羧酸，普遍应用于皮肤以及痤疮的治疗。最近的研究发现，AZA对多种类型的癌细胞（如人皮肤恶性黑色素瘤、人脉络膜黑色素瘤、AML）具有杀伤作用。然而在单细胞水平上，人们对AML细胞的作用仍不清楚。该研究团队设计了一种集成549个单细胞捕获夹和混合器于一体的光流控芯片。实验中选用MOLM-13细胞（一种AML细胞）作为探测对象注入到微流芯片中，并被捕获夹固定。与以往的研究不同，基于对流扩散机理，自然浓度梯度分布（0-50mM）的AZA药物可以同时在一个芯片中实现。整个实验不仅同时拍摄了不同浓度的AZA作用于MOLM-13细胞的明场图像，得到观测时间内细胞的形貌变化，而且也在暗场中利用消逝场一并监测细胞的活力，最终得到0-50 mM浓度范围内的AZA对Molm-13细胞的药性作用响应。对比传统的MTT法，该方法更加精准，简单高效。

这种设计提供了在单细胞水平上控制和监测癌细胞抗药性新的操作平台，并且在临床诊断上进行快速观测，并获取患者对不同药物浓度的反应，有望实现精确治疗。如此准确的靶向治疗操作更具有潜在的临床应用价值。相关成果近期发表在Lab on a Chip 上，文章的第一作者是武汉大学的博士研究生梁莉。

该论文作者为：Li Liang, Yanxia Jin, Xiaoqiang Zhu, Fuling Zhou and Yi Yang.

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Real-time detection and monitoring of the drug resistance of single myeloid leukemia cells by diffused total internal reflection.

Lab Chip, 2018, 18, 1422, DOI: 10.1039/C8LC00088C

杨奕教授简介

杨奕，武汉大学物理科学与技术学院教授；2008年于武汉大学取得博士学位，2008-2013年南洋理工大学微电子工程系博士后研究员，2013年至今就职于武汉大学物理科学与技术学院。

杨奕的主要研究领域为光流控芯片的设计与实现以及光流控在生化传感和环境检测上的应用，在Nat. Commun.、Lab Chip、Optica、Laser & Photonics Review、ACS Photonics 等期刊发表光流控相关论文20余篇，获得“全国百篇优秀博士论文提名”并入选第九批国家“千人计划”青年人才，被微流技术领域期刊Lab on a Chip 聘为Guest editor，2016年度Emerging Investigators。

http://www.x-mol.com/university/faculty/49737

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