无标记、超早期！微流控系统精准捕捉肿瘤力学软化信号

CAR‑T细胞免疫疗法在血液肿瘤治疗中已取得重大突破，但在实体瘤治疗上仍面临重重挑战。实体瘤复杂的肿瘤微环境形成多重物理、生物屏障，细胞外基质致密、抗原异质性、免疫细胞浸润困难等问题，制约CAR‑T杀伤效力。CAR‑T作用于肿瘤时，肿瘤球会先发生力学软化，该变化远早于细胞大规模凋亡。但当前主流PI染色属于终点检测方法，需要高效应靶比或长时间孵育，只能在细胞大量死亡后得到结果，难以捕获亚毒性阶段的早期响应。原子力显微镜、传统微管抽吸等表征手段各有局限，而传统PDMS微流控芯片为封闭结构，无法完成免疫细胞共培养与试剂换液，做不到治疗干预和原位力学检测一体化，因此行业迫切需要可对活三维肿瘤模型进行动态力学表型分析的新工具。

近期，韩国成均馆大学的科研团队研发出一款名为“Cytotongue" 的3D打印微流控负压抽吸检测系统，实现活肿瘤球无标记的早期力学表型检测，可以在传统染色观测到明显细胞死亡之前，捕捉CAR‑T细胞干预带来的肿瘤球力学软化现象。相关研究以题为“Microfluidic Cytotongue system enables early, label-free detection of CAR-T–induced mechanical softening in tumor spheroids"发表在国际期刊《Microsystems & Nanoengineering》上。

整套微流控芯片采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术（nanoArch® S130，精度：2μm）制备，采用开放式上盖的锥形储液腔结构，依靠重力实现肿瘤球的定位，实验人员可以直接移液加样，实验过程中自由更换培养基、效应细胞，突破传统封闭微流控芯片无法同步开展细胞共孵育实验的局限。研究团队结合计算流体动力学仿真，确定了芯片稳定的流体工作工况，在保障检测重复性的同时，降低流体作用对活肿瘤球带来的额外损伤。设备通过记录负压抽吸下肿瘤球随时间变化的伸长形变，依托双相形变经验模型提取专属形变指数，分别表征肿瘤球抗初始形变能力与抗蠕变伸长能力，以此量化肿瘤球的力学状态改变。

研究选用HER2阳性BT‑474乳腺癌肿瘤球开展系统验证，在1:1‑2:1较低效应靶比条件下共培养24小时，此时PI染色几乎检测不到明显细胞坏死信号，但Cytotongue系统已检测到肿瘤球发生显著力学软化，吸吮伸长量明显升高，两项形变抵抗指数大幅下降，可早期识别免疫治疗作用效果。时序实验进一步证明，CAR‑T处理6小时就能够检测到显著力学改变，而PI指示的凋亡坏死信号要滞后至12小时之后才会显现。整套检测平台拥有优秀的筛选性能，Z′因子可达0.74‑0.93，变异系数低，检测结果稳定可靠。

这项工作还有一个十分重要的价值，平台能够区分不同治疗方式带来的肿瘤球力学应答特征。当PI凋亡染色读数处于相近水平时，CAR‑T免疫处理与阿霉素药物处理后的肿瘤球表现出截然不同的形变行为。CAR‑T细胞浸润会带来肿瘤组织整体重构，引发幅度更大的整体性力学软化；而阿霉素化疗主要造成细胞内部损伤，对肿瘤整体力学特性的改变相对有限。这也就意味着Cytotongue不只是简单判断肿瘤是否发生损伤，还可以依托力学表型差异，反向区分不同治疗手段的作用机制，为解析免疫、药物的作用模式提供传统生化检测之外全新的物理分析维度。

总结：该研究研发的微纳3D打印制备的Cytotongue微流控平台，打通了治疗干预与活肿瘤球力学表型检测，摆脱荧光标记带来的干扰，弥补传统终点检测手段时间灵敏度不足的短板。平台经过构型拓展还可以实现多通道并行检测，向高通量药物、免疫疗法筛选场景延伸。该研究充分体现高精度增材制造技术与肿瘤免疫、生物力学交叉融合带来的创新潜力，为三维肿瘤模型体外药效早期评估提供了一套崭新的技术思路，也为后续免疫细胞制剂药效评价工具开发提供重要参考。