麻省理工学院（MIT）与约翰斯・霍普金斯大学（JHU）的研究人员开发出一款手持工具，其核心部件为3D 打印微流控器件。该工具可以从刚切除的组织选定部位采集活细胞，同时保留其余组织供病理分析使用。研究团队表示，该技术有望实现卵巢癌及多种其他癌症的更早检出，未来还可用于检测患者自身细胞对治疗的应答效果。相关研究成果发表在《Device》期刊上。
卵巢癌属于致死率极高的癌症类型，很大一部分原因在于该疾病确诊时往往已到晚期。很多病例发病部位的组织，在疾病早期阶段很难完成取样。
疾病起源与组织处理方式
若能在早期检出卵巢癌，患者五年生存率可超过 90%；一旦发展至 3 期或 4 期，五年生存率会降至不足 45%。约二十年前的研究表明，最常见的高级别浆液性卵巢癌，很多病例起源于输卵管，而此处的癌前病变病灶可能仅为显微级别，肉眼无法观察。在标准临床流程中，手术切除的输卵管会放入化学保存剂，之后再切片。病理医生借助显微镜观察切片，查找癌变或癌前病变区域。保存剂虽能维持组织原有结构，但是其中的细胞已经无法再进行体外培养。麻省理工学院机械工程马希尔・A・埃尔马斯里讲席教授、本研究通讯作者克里帕・瓦拉纳西表示：“这套流程既耗费大量时间，又会对细胞造成不可逆破坏。”
输卵管和卵巢癌之间的关联，也为高风险女性提供了一项预防手段：在无生育需求后切除输卵管，该手术可以在很大程度上保留人体正常激素分泌功能。约翰斯・霍普金斯大学医学院妇科肿瘤医生丽贝卡・斯通长期主张，对部分高风险患者采用该预防性手术。麻省理工大学生物工程与材料科学教授安吉拉・贝尔彻将斯通引荐给瓦拉纳西。之后，该研究团队获得 “攻克癌症基金会（Break Through Cancer）” 资助。该基金会专门组建跨学科研究团队，攻坚各类棘手的癌症难题。这款细胞采集工具，正是该团队癌症早期检测大型项目的组成部分。
依靠流体作用，替代手术刀
该构想诞生于麻省理工团队观摩约翰斯・霍普金斯大学的外科手术现场。瓦拉纳西的实验室主要研究流体与物体表面的相互作用，外科医生提到手术冲洗过程中，部分区域的细胞会发生脱落。瓦拉纳西称：“我们由此想到，可以用流体替代手术刀或者毛刷；液体流动会在接触面产生剪切应力，以此实现细胞剥离。”
最终成型的这款器件为 3D 打印制造，全程无需化学试剂、酶制剂参与。麻省理工博士后、论文共同第一作者伯特・范德雷德特介绍：“我们设计的这套装置，一支注射器产生负压，让器件紧贴组织；另一支注射器推送液体流过器件。负压形成密封，避免液体渗漏，微流控芯片贴在组织表面，温和地把细胞剪切剥离下来。”
人体组织样本测试
研究人员证实，作用于组织的剪切力大小可以调节；同时将该技术和其他细胞采集方案做了对照评估。相比传统方法剥离的细胞，经这款器件采集的细胞活性更好，更易实现体外培养增殖。之后，团队使用约翰斯・霍普金斯大学送来的新鲜人体输卵管组织开展实验，样本经常是临时加急送达。完成实验之后，这些组织样本依旧可以送回，开展常规病理检测。范德雷德特说：“我们可以从输卵管上采集活细胞，并且将其培育成类器官。这对于疾病机理研究、实验测试，以及未来开发个体化疗法都至关重要。”
不同种类细胞所需的剪切应力大小并不相同。“前列腺癌细胞黏附力很弱，1 帕的应力就能使其脱落；而骨癌细胞，即便施加高达 5 帕的应力，也仅有少量细胞脱落。” 范德雷德特解释道。贝尔彻的团队正在研发光学检测技术，用来标记可疑的组织区域。之后，这款器件就可以精准从标记位置采集活细胞，供后续分析。
走向临床应用之路
该技术的早期应用场景，聚焦于已经从人体切除下来的离体组织。研究人员认为，这条路径更易通过监管审批。长远目标则是用该器件直接在患者体内完成组织取样。斯通表示，未来这款工具有望整合进标准组织病理工作流程。这样科研人员就可以直接利用人体组织，研究癌症发生机制，探索基础生物学问题。瓦拉纳西提到，攻克癌症合作网络中研究胰腺癌、脑癌、白血病的科研人员，都提出了相同的现实需求。“我们反复听到大家的诉求：急需更好的手段，从组织特定区域获取存活细胞。”
3D 打印微流控器件与活细胞采集
麻省理工与约翰斯・霍普金斯大学研发的这套工具，核心是 3D 打印微流控芯片；液体在组织表面流动，同时保证采集得到的细胞不会死亡。要实现这套方案，细胞必须能够耐受与打印器件的接触。澳大利亚昆士兰科技大学（QUT）科研人员曾开展相关测试，评估 3D 打印微流控器件用于细胞相关研究的可行性。研究人员使用 ASIGA UV Max X27 数字光处理 3D 打印机，搭配 DMG 数字公司的两款 MOIIN 树脂，打印出细胞培养腔、微柱阵列、液滴生成通道等结构。他们将 HepG2 肝细胞接种进打印器件内部，五天后观察到细胞死亡数量极少，证实这两款树脂具备生物相容性。
昆士兰科技大学的研究与麻省理工这项工作，二者的共同点在于都要保证细胞和 3D 打印微流控部件接触后依旧存活；但二者用途不一样。昆士兰科技大学是直接在打印器件内培养细胞系；而麻省理工的器件，是把细胞从患者组织上剥离，再导出器件进行后续培养。
打印微流控器件内的细胞存活能力，是这类装置处理生物活样本的基础，而麻省理工的研究把这项特性应用到直接取自人体的原代组织细胞上。
该论文的文献编号：doi.org/10.1016/j.device.2026.101305，论文作者为多米蒂耶・阿瓦尔、伯特・范德雷德特、肖恩・帕克斯、彭怀尧、丽贝卡・斯通、安吉拉・贝尔彻、克里帕・瓦拉纳西。
来源：中国3D打印网编译文章！
0 留言