从切除组织到活体细胞库：MIT与约翰斯·霍普金斯用3D打印改写病理检测规则

外科医生冲洗组织的时候，有些细胞会脱落。
这个现象在手术室里太常见了，但麻省理工学院和约翰斯·霍普金斯大学的研究人员把它做成了一个工具。
他们开发的是一个手持设备，核心是3D打印的微流控装置。
它能从新鲜切除的组织上，在选定位置把活细胞取下来；剩下的组织，原样留给病理检查。
研究团队说，这套方法有希望用来做卵巢癌和多种其他癌症的早期检测，将来还能测试个体患者细胞对治疗的反应。
成果发表在《Device》期刊上。

这个装置的思路并不复杂。
把3D打印的微流体通道紧贴在组织上，一个注射器驱动液体流过通道，产生一个与组织表面平行的力。
3D打印的装置会形成真空密封，把液体流动限制在很小的区域里，剪切应力就这样把细胞释放出来。
装置由两个注射器驱动：一个负责制造真空，把设备固定在组织上；另一个推动液体流过通道。
MIT博士后研究员、共同第一作者伯特·范德雷特（Bert Vandereydt）解释，「真空形成密封，不会有泄漏，然后我们在组织上局部施加一个微流控芯片，温和地把细胞剪切下来。
」 装置不用化学试剂，也不用酶。

研究团队之所以挑卵巢癌，是因为它是最致命的癌症类型之一，很大原因是经常拖到晚期才被发现。
如果早期能发现，五年生存率超过90%；一旦到3期或4期，比例掉到不到一半。
大约二十年前的研究表明，很多高级别浆液性卵巢癌，也就是最常见的那种卵巢癌类型，起源于输卵管。
那些前驱病变小到几乎看不见，常规检查很难发现，得在显微镜下才能看到。

按现在的标准流程，切下来的输卵管要泡进化学保存液，再切成薄片。
病理学家把薄片放到显微镜下，找有没有癌变或者癌前病变的区域。
方法本身没什么错，就是细胞等不起：检查完已经死了，没法培养。
保存液能让组织结构保持完整，但代价是细胞没法在培养环境里继续生长。
麻省理工学院机械工程系讲席教授、通讯作者克里帕·瓦拉纳西（Kripa Varanasi）说，「这个过程非常耗时，而且对细胞有破坏性。
」 他们想要的是，给病理学带来一种新能力：不光看到细胞长什么样，还能活着采出来，研究它们的行为。

输卵管和卵巢癌的这层关系，还给了高风险女性一个预防选择：完成生育后切除输卵管，能在很大程度上保留正常的激素分泌。
约翰斯·霍普金斯大学医学院的妇科肿瘤学家丽贝卡·斯通（Rebecca Stone）一直在推动这个手术，在特定高风险患者中推行。
MIT的生物工程与材料科学教授安吉拉·贝尔彻（Angela Belcher）把斯通引荐给了瓦拉纳西。
研究团队随后从Break Through Cancer基金会拿到资助，这家基金会专门围绕疑难癌症问题组建跨学科团队。
现在这个细胞采集工具，是他们更大的早期检测项目里的一个组成部分。

这套思路来自MIT团队去约翰斯·霍普金斯观摩手术。
外科医生提到过，某些区域的细胞在冲洗过程中会脱落。
瓦拉纳西的实验室本来就研究流体和表面的相互作用。
「我们意识到可以用流体替代手术刀或者刷子，因为流体流动的时候，会在界面处产生剪切应力。
」瓦拉纳西说。
把手术刀换成流动的液体，整个思路就变了。

研究人员先证明了施加在组织上的力可以调节，又把这套方法和别的细胞采集工作流程做了对比。
用这个设备采到的细胞活性更好，而且比传统方法分离的细胞更容易在培养中长起来。
接下来的测试用的是新鲜输卵管样本，从约翰斯·霍普金斯那边送过来，通常很快就能到。
利用这些样本，团队从采到的细胞里培育出了类器官。
实验做完，样本还会送回，继续走常规病理检查流程。
范德雷特说，「我们能从这些输卵管里取到活细胞，并且转化成类器官，这对测试、疾病建模，以及最终做出个性化治疗方案，都非常重要。」

这一步最麻烦的是力度。
不同类型的细胞，需要的剪切力不一样。
有些贴壁松散的前列腺癌细胞，1帕斯卡应力下就脱落了；但骨癌细胞，5帕斯卡应力下也只有少数掉下来。
贝尔彻的团队在开发光学方法，用来标记可疑的组织区域。
标记好之后，装置就能从这些特定位置采活细胞，再做进一步分析。

那离临床应用还有多远？ 早期应用会先聚焦在已经切除下来的组织上，这条路拿监管批准要简单很多。
长远看，他们希望装置能直接在患者体内做拭子采样。
想想看，从只能看死了的切片，到能研究活着的细胞，这个转变本身就挺有意思。
当然，离临床真正用上，估计还得等上好一阵子。
斯通说，这个工具有希望最终整合进标准组织病理学工作流程。
到那时，研究人员就能研究癌症是怎么形成的，还能直接从人体组织里探索基础生物学。
瓦拉纳西还提到，Break Through Cancer网络里研究胰腺癌、脑癌和白血病的研究人员，都指出过一个共同需求。
「我们反复听到的是，如果能用更好的方法从组织的特定区域获取活细胞，那将极具价值。
」他说。

这个工具的核心，是一个3D打印的微流控装置，它要在组织表面输送液体，同时不能把采下来的细胞杀死。
也就是说，细胞碰到打印出来的部件，必须还能活。
这里插一句，3D打印的微流控部件能不能支持细胞工作，昆士兰理工大学（QUT）的研究人员专门测过。
他们用Asiga UV Max X27 DLP打印机，配合DMG Digital Enterprises的两种树脂，打印了培养通道、柱阵列和液滴生成通道，再把HepG2细胞系的肝细胞接种进去。
五天之后，细胞死亡很有限。
团队得出结论，这两种树脂都是生物相容的。

QUT这项研究和MIT装置有关联，活细胞和3D打印微流控部件接触，这是两边都要面对的事。
但两边的用处不一样。
QUT是在装置内部培养细胞系，MIT是把细胞从患者组织上分离下来，带出来培养。
微流控打印部件内部，细胞能活下来，这正是这类装置能处理活体样本的关键。
MIT的研究把这一点用到了直接从人体组织获取细胞上。

这项研究的论文标题是「一种用于从切除的输卵管组织中微创、位点选择性采集活细胞的流体剪切装置」，作者包括多米蒂尔·阿瓦勒（Domitille Avalle）、伯特·范德雷特（Bert Vandereydt）、肖恩·帕克斯（Sean Parks）、彭淮瑶（Huaiyao Peng）、丽贝卡·斯通（Rebecca Stone）、安吉拉·贝尔彻（Angela Belcher）和克里帕·瓦拉纳西（Kripa Varanasi）。