まれな腫瘍細胞の捕獲を強化するための両面ヘリンボーン微細構造を備えたマイクロ流体チップ

がん患者の血液サンプルから循環腫瘍細胞（CTC）を分離するために、片面ヘリンボーン微細構造を含むマイクロ流体チップが開発されました。ここでは、マイクロチャネルの上部と下面の両方にヘリンボーンマイクロミキサーが配置されている新しい両面ヘリンボーンチップについて説明します。両面ヘリンボーン構造は、白血球マーギネーションと血漿スキミングの効果のために、赤血球の枯渇なしに全血サンプルの高いCTC捕捉効率を可能にします。ただし、従来の片面ヘリンボーンチップと比較して、両面ヘリンボーンチップはより複雑な幾何学的設計を備えており、幾何学的パラメーターの実験的最適化が困難になります。この研究では、CTCキャプチャ効率を高めるために細胞と抗体に固定化されたデバイス表面との相互作用を調査することにより、ヘリンボーンチップを幾何学的に最適化する分析モデルを開発しました。モデリング結果を検証するためのオンチップ細胞キャプチャ実験は、培養されたEPCAM陽性腫瘍細胞を健康なドナーの血液サンプルにスパイクすることにより実施されました。片面ヘリンボーンチップから最適化された幾何学的パラメーターに基づいて、幾何学的に最適化された両面ヘリンボーンチップにより、全血からのまれな腫瘍細胞の94±4％の捕獲効率が得られます。

A microfluidic chip with single-sided herringbone microstructure has been developed to isolate circulating tumor cells (CTCs) from blood samples of cancer patients. Here, we describe a new double-sided herringbone chip in which staggered herringbone micromixers are placed on both top and bottom surfaces of microchannels. The double-sided herringbone structure enables a high CTC capture efficiency of whole blood samples without depletion of red blood cells because of the effects of leukocyte margination and plasma skimming. However, compared with the traditional single-sided herringbone chip, the double-sided herringbone chip has more complicated geometrical design, leading to a difficulty in experimental optimization of geometrical parameters. In this study, we developed an analytical model to geometrically optimize the herringbone chip by investigating the interactions between cells and antibody-immobilized device surfaces for enhancing CTC capture efficiency. On-chip cell capture experiments for validating modeling results were performed by spiking cultured EpCAM-positive tumor cells into blood samples from healthy donors. Based on the geometrical parameters optimized from the single-sided herringbone chip, the geometrically optimized double-sided herringbone chip enables a capture efficiency of 94 ± 4% of rare tumor cells directly from whole blood.