集成化六通道微流控细胞迁移芯片的研制及应用

目的 探究解决当前细胞迁移研究方法中通量低、难以建立稳定的浓度梯度并实时观察细胞迁移行为等问题。方法 该文设计了一款六通道阵列微流控芯片。首先,使用有限元分析软件COMSOL Multiphysics 5.5进行多物理场建模和数值模拟以分析细胞迁移主管道的流动行为;然后,通过测试健康人中性粒细胞在该微流控芯片中对于不同类型趋化因子梯度的趋化反应来验证该设备的通量优势;接下来,通过分析6例Ⅱ型糖尿病患者和3例健康人的中性粒细胞的迁移速度,进一步验证了环形六通道阵列微流控芯片的临床适用性;最后,使用Pearson系数分析糖尿病患者中性粒细胞趋化功能与患者部分生理指标的相关性。结果 仿真软件模拟管道内部的浓度梯度数据与管道实时荧光测试数据相拟合;健康人中性粒细胞在100 nmol/L白细胞介素-8(IL-8)环境下,其平均迁移速度为(0.21±0.01)μm/s,在100 nmol/L N-甲酰-L-甲硫氨酰-L-白氨酰-L-苯丙氨酸(fMLP)环境下为(0.22±0.01)μm/s;在健康人与糖尿病患者中性粒细胞迁移实验对比中,健康人中性粒细胞趋化速度为(0.19±0.01)μm/s,糖尿病患者中性粒细胞趋化速度为(0.15±0.02)μm/s;相关性分析表明Ⅱ型糖尿病患者中性粒细胞迁移速度与糖化血红蛋白呈负相关。结论 该文所设计的高通量微流控芯片能快速、稳定地检测细胞的迁移功能,可以作为细胞迁移研究的新工具。

微流控脓毒症患者中性粒细胞惯性无标记分选及趋化性研究

脓毒症患者中性粒细胞(PMN)的趋化迁移能力减弱,导致细菌清除率下降,加速了脓毒症病程的发展。对脓毒症患者PMN的趋化性进行量化,有助于表征脓毒症患者的免疫健康状况。微流控芯片具有试剂消耗低、近生理环境、迁移过程可视化等优点,被广泛用于细胞趋化性分析。目前,采用微流控芯片进行PMN趋化性的研究,主要受限于细胞分离操作繁琐和微流控芯片通量低。本文首先设计了一款惯性细胞分选芯片,利用白细胞(主要包括粒细胞、淋巴细胞和单核细胞)和红细胞在螺旋微通道中运动时,会受到不同大小惯性力和迪恩阻力的作用,而移动至螺旋微通道的不同位置聚焦这一基本原理,实现两大类细胞无标记分离。随后,本文设计了多通道细胞迁移芯片,构建了微流控PMN惯性无标记分选及趋化性分析平台,惯性细胞分选芯片分离出白细胞群后注入多通道细胞迁移芯片,可在15 min内完成PMN对趋化肽(fMLP)的趋化性测试。其余细胞,如单核细胞运动缓慢、淋巴细胞需要预先激活与增殖培养,而不会发生明显趋化迁移现象。本研究招募的脓毒症患者(n=6)和健康志愿者(n=3)测试结果表明,脓毒症患者PMN的趋化性指数(CI)和迁移速度(v)明显弱于健康志愿者。综上,本文构建的微流控PMN惯性无标记分选及趋化性分析平台可以作为细胞无标记分选及迁移研究的新工具。