科学家开发了一种低成本的设备，使细胞治疗更安全

一种微小的微流体装置可以改善脊髓损伤患者的细胞治疗技术。该装置可以移除大部分尚未完全成为脊髓细胞的干细胞，这些干细胞在移植到患者体内后可能形成肿瘤。

　　

麻省理工学院和新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟的科学家们制造了一种微型装置，可用于提高脊髓损伤患者细胞治疗的安全性和有效性。

在细胞疗法中，临床医生通过对取自病人的皮肤细胞或血细胞进行重新编程，创造出所谓的诱导多能干细胞。为了治疗脊髓损伤，他们将诱导这些多能干细胞成为祖细胞，这些祖细胞注定要分化成脊髓细胞。然后将这些祖细胞移植回患者体内。

这些新细胞可以使部分受伤的脊髓再生。然而，不能完全转化为祖细胞的多能干细胞可以形成肿瘤。

这个研究小组开发了一种微流体细胞分选器，它可以一次去除大约一半的未分化细胞——那些可能成为肿瘤的细胞——而不会对完全形成的祖细胞造成任何损害。

这种不需要特殊化学品的高通量设备每分钟可以分选超过300万个细胞。此外，研究人员已经证明，将许多设备连接在一起，每分钟可以分选超过5亿个细胞，这使得这种方法更可行，有朝一日可以提高细胞治疗的安全性。

此外，包含微流控电池分选器的塑料芯片可以在工厂以非常低的成本批量生产，因此该设备更容易大规模实施。

“即使你有一种拯救生命的细胞疗法，对病人产生了奇迹，如果你不能经济有效地、可靠地、安全地制造它，那么它的影响可能是有限的。我们的团队对这个问题充满热情——我们想让这些疗法更可靠、更容易获得，”Jongyoon Han说，他是麻省理工学院电子工程、计算机科学和生物工程教授，电子研究实验室(RLE)成员，也是新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟(SMART) CAMP(制造个性化医疗关键分析)研究小组的联合首席研究员。

与韩共同撰写这篇论文的还有新加坡南洋理工大学李光前医学与材料科学与工程学院化学、化学工程和生物技术教授Sing Yian Chew，他是CAMP的首席研究员;共同主要作者，CAMP研究员Tan Dai Nguyen;Wai Hon choi，新加坡科学技术研究局(a *STAR)高级研究员;以及麻省理工学院博士后Hyungkook Jeon;以及南洋理工大学和A*STAR的其他人。这项研究今天发表在《干细胞转化医学》杂志上。 

降低风险

未分化诱导多能干细胞引起的癌症风险仍然是这类细胞治疗中最紧迫的挑战之一。

“即使你有一个非常小的细胞群，没有完全分化，他们仍然可以变成类似癌症的细胞，”韩补充说。

临床医生和研究人员经常通过寻找这些细胞表面的某些标记来识别和移除这些细胞，但到目前为止，研究人员还没有找到一种针对这些未分化细胞的特异性标记。其他方法使用化学物质选择性地破坏这些细胞，但化学处理技术可能对分化的细胞有害。

高通量微流控分选机可以根据大小对细胞进行分选，此前由CAMP团队经过十多年的工作开发出来。韩说，它以前被用于分类免疫细胞和间充质基质细胞(另一种干细胞)，现在研究小组正在将其应用于其他类型的干细胞，如诱导多能干细胞。

“我们对再生策略感兴趣，以增强脊髓损伤后的组织修复，因为这些情况会导致毁灭性的功能损伤。不幸的是，目前还没有有效的脊髓损伤再生治疗方法，”Chew说。“来自多能干细胞的脊髓祖细胞具有很大的前景，因为它们可以产生脊髓内发现的所有细胞类型，以恢复组织结构和功能。为了能够有效地利用这些细胞，第一步将是确保它们的安全，这是我们工作的目标。”

研究小组发现，多能干细胞往往比来源于它们的祖细胞更大。据推测，在多能干细胞分化之前，其细胞核中含有大量未被关闭或抑制的基因。当细胞分化为特定功能时，它会抑制许多不再需要的基因，从而显著缩小细胞核。

微流体装置利用这种尺寸差异来对细胞进行分类。 

螺旋排序

四分之一尺寸的塑料芯片中的微流控通道形成一个入口、一个螺旋和四个出口，输出不同尺寸的细胞。当细胞以非常高的速度通过螺旋时，各种力，包括离心力，作用在细胞上。这些力相互抵消，使细胞集中在流体流中的某个位置。这个焦点将取决于细胞的大小，通过单独的出口有效地对它们进行分类。

研究人员发现，他们可以通过运行两次来改善分选机的操作，首先以较低的速度使较大的细胞粘附在细胞壁上，较小的细胞被分选出来，然后以较高的速度分选较大的细胞。

从某种意义上说，该设备的操作方式类似离心机，但微流控分选机不需要人为干预来挑选已分类的细胞，韩补充道。

研究人员表示，他们的设备一次就能去除大约50%的大细胞。他们进行了实验，以证实他们移除的更大的细胞实际上与更高的肿瘤风险有关。

“虽然我们不能100%去除这些细胞，但我们仍然相信这将大大降低风险。希望原始的细胞类型足够好我们不会有太多未分化的细胞。然后这个过程可以使这些细胞更加安全，”他说。

重要的是，这种低成本的微流控分选机不使用任何类型的过滤，可以用标准制造技术大规模生产。过滤器可能会堵塞或损坏，因此无过滤器的设备可以使用更长的时间。

现在他们已经在小范围内取得了成功，研究人员正着手进行更大规模的研究和动物模型，以观察纯化的细胞在体内是否具有更好的功能。

未分化的细胞可能会变成肿瘤，但它们可能在体内产生其他随机效应，因此去除更多的这些细胞可以提高细胞治疗的效果，同时提高安全性。

“如果我们能在体内令人信服地证明这些好处，未来这项技术可能会有更令人兴奋的应用”。