높은

Oct 11, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3213(2023) 이 기사 인용

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순환 종양 세포(CTC)는 환자의 혈류 내 원발성 또는 전이성 종양에서 거의 퍼지지 않는 희귀한 암세포입니다. 이러한 초자연적 세포의 유전적 특성을 결정하는 것은 암 병기 결정 및 치료를 안내하는 중요한 데이터를 제공합니다. 미세유체 칩을 이용한 세포 포커싱은 CTC를 강화하는 효과적인 방법으로 구현되었습니다. 시뮬레이션에서 마이크로채널 폭에 걸쳐 서로 다른 직경을 가진 입자의 뚜렷한 평형 위치는 적당한 레이놀즈 수에서 WBC로부터 유방암 세포(BCC)를 분리하고 집중시키는 것이 가능하다는 것을 보여주었습니다. 따라서 우리는 CTC와 WBC를 고효율로 분리하기 위한 색다른(긴 루프와 U턴의 조합) 나선형 미세유체 장치에 의한 유체역학적 힘을 기반으로 하는 수동형, 크기 기반, 라벨 없는 미세유체 방법을 사용하여 BCC의 높은 처리량 분리를 보여줍니다. 약 1.7mL/min의 유속에서 순도(90% 이상)를 제공하며 유사한 제품에 비해 처리량이 높습니다. 이 황금 유속에서는 최대 92%의 CTC가 세포 현탁액에서 분리되었습니다. 빠른 처리 시간, 단순성 및 대량의 환자 혈액에서 CTC를 수집할 수 있는 잠재적 능력을 통해 이 방법을 다양한 응용 분야에서 실제로 사용할 수 있습니다.

암은 세계에서 두 번째로 큰 사망 원인으로 알려져 있습니다. 암 관련 사망자 수는 2030년까지 1,300만 명에 이를 것으로 추산됩니다. 세계보건기구(WHO)는 암 전이가 발생하기 전에 환자를 진단하고 치료하면 이러한 사망의 최소 30%를 예방할 수 있다고 믿습니다. 암 전이는 순환 종양 세포(CTC)가 원발성 또는 이차성 종양 부위에서 말초 혈류로 퍼진 후에 발생합니다1. 원발성 종양은 사망을 유발할 가능성이 낮지만 전이성 세포는 결국 모든 사망의 90%를 차지하고 0.01%는 전이로 이어지며 대부분의 CTC는 혈류에서 사망합니다2. 돌연변이로 인해 원발성 종양은 전이성 CTC와 비교하여 다른 게놈 정보를 가질 수 있습니다. 종양학자들은 CTC와 원발성 종양을 비교한 결과 CTC가 원발성 종양보다 더 많은 정보를 제공한다는 사실을 발견했습니다. CTC는 약 반세기 전에 발견되었지만 암 생물학에서 CTC의 중요성은 최근에야 명백해졌습니다. 이러한 지연은 주로 CTC(환자의 혈액에서 ~ 1000~5000 백혈구 중 ~ 1~100의 비율로 발생)를 분리하는 데 어려움이 있기 때문입니다3,4,5.

CTC6를 신속하고 효율적으로 분리할 수 있는 분리 기술에 대한 큰 동기가 있습니다. 원발성 종양에 대한 일반적인 진단 전략은 임상 증상 분석과 영상 기술에 따라 달라집니다. 이러한 방법은 종양이 특정 크기에 도달했을 때 사용할 수 있으며 초기 단계에서 종양의 존재를 감지하는 데 사용할 수 없습니다7,8. 원발성 고형 종양에서 유래한 암세포는 혈액 세포보다 크기 때문에 연구자들은 친화도 기반 기술에서 크기 기반 분리로 접근 방식을 변경했습니다. 이러한 변화로 인해 초기 단계의 암 환자를 보다 쉽게 확인할 수 있습니다9. 미세유체 방법은 크기10,11에 따라 높은 처리량의 셀 포커싱을 위한 효율적이고 강력한 도구로 강조되었습니다. 미세유체 분리는 에너지 소비에 따라 두 가지 범주로 분류됩니다. 수동적 방법은 주로 유체역학적 힘을 사용하는 반면, 능동적 방법은 세포를 분리하기 위해 외부 힘이나 컨트롤러가 필요합니다. 능동 방법은 보다 정확한 분리를 제공하지만 구성 요소가 비싸고 복잡하며 처리량이 낮습니다. 외부 힘이 입자에 작용하고 유체역학적 힘을 극복하려면 더 많은 시간이 필요합니다.

매우 낮은 레이놀즈 수(Re ``1)로 인해 관성을 무시할 수 있는 기존의 미세 유체 방법과 달리 관성 미세 유체는 중간 레이놀즈 수(1 < Re < 100) 범위에 있습니다. 이 범위에서 관성과 유체 점도는 유한하며 (i) 관성 이동 및 (ii) 2차 흐름15,16을 포함한 흥미로운 효과를 생성합니다. 직선, 구불구불한 패턴, 특히 나선형 패턴의 관성 미세유체는 크기 기반 분리의 가장 매력적인 방법 중 하나입니다. 높은 처리량, 단순성 및 저렴한 비용으로 인해 관성 미세 유체는 광범위한 생체 의학 응용 분야에서 유망한 후보입니다17,18. Seoet al. 2006년 처음으로 나선형 마이크로채널을 이용한 입자 분리를 수행했습니다. 이후 2008년 Papautsky et al. 는 이 방법을 사용하여 7.32um 입자에서 1.9um 입자를 분리했습니다. 2009년에 Dicarlo et al. 이 분리는 곡선형 나선형 마이크로 채널의 양력과 항력 사이의 균형으로 인한 것임을 보여주었습니다. 2010년부터 간단하고 저렴한 플랫폼을 사용하여 이러한 방법의 효율성과 처리량을 높이기 위해 많은 노력이 이루어졌습니다.

0.07)), the magnitude of the net inertial lift force (FL) is reported by Asmolov45:/p> 1) are the Reynolds number of the microchannel and particle, respectively (It is accepted that Inertial focusing depends on dimensionless parameters such as λ, Rec, and Rep). ρ is the density of the fluid, μ is the fluid viscosity, and CL (Rec, xc) is the lift coefficient of the net inertial lift force that is an indefinite function of the normalized particles' position at the microchannel cross-section, and the channel Reynolds number. This coefficient can be obtained from numerical simulation or experimental measurements, but in typical microfluidic applications, its value can be assumed to be 0.5. Shear gradient lift force dominates on the particles near the center line of the channel, While beyond ~ 2.0 DH from the center of the microchannel, The sign of the lift coefficient changes, which indicates the superiority of the wall induced lift force over the shear gradient lift force20,36,43,46./p>

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