循环肿瘤细胞（CTC）是一类稀有且具有高度异质性的癌细胞群体，被广泛认为是癌症转移监测及个性化医疗发展的关键生物标志物。传统的CTC分析方法（如计数和染色技术）在评估癌症转移潜力及临床意义方面发挥了重要作用。然而，这些方法主要停留在细胞水平，难以实现分子层面的深入解析，限制了对CTC生物学特性的全面理解。为突破这一局限，近年来单细胞分选技术迅速发展，包括荧光激活细胞分选、磁激活细胞分选及基于微孔或微滴的方法。然而，这些技术在处理极低丰度的CTC或少量细胞样本时存在局限性，实现从全血中高效富集并分选高活性CTC仍是一项重大挑战。
图1.基于LIFT-AMFS 实现单细胞水平上循环肿瘤细胞的富集和分选
针对这一难题，北京大学集成电路学院/微米纳米加工技术全国重点实验室/集成电路高精尖创新中心王玮教授团队，与中国科学院长春光机所李备研究员团队、大连医科大学附属第二医院王琪教授团队合作，提出了一种新型双阶微孔滤膜器件，并结合激光诱导向前转移技术（LIFT），建立了循环肿瘤细胞富集与分选系统（LIFT-AMFS），实现了单细胞水平上高活性稀有细胞的高效回收。
该系统的核心为与LIFT兼容的双阶微孔滤膜器件，由上下两层微孔结构组成。下层微孔用于基于物理尺寸的细胞富集，而上层较大微孔用于封装捕获的单细胞液滴。通过优化器件的结构设计，LIFT-AMFS在CTC富集阶段的细胞俘获效率高达88%，最高处理通量达到15.0 mL/min，在单细胞分选阶段的得率超过95%。此外，该系统在保持目标细胞活性的同时，实现了单细胞水平的高精度分选，回收的CTC可直接用于单细胞体外培养及单细胞转录组测序。实验结果表明，回收细胞的cDNA产量可满足测序文库构建需求，所有单细胞测序数据的Q30评分均超过95.92%。与现有单细胞分选技术相比，LIFT-AMFS在无标记富集、细胞活性保持及单细胞分选精度等方面展现出显著优势，为肿瘤生物学研究提供了强有力的工具。
图2. LIFT-AMFS回收目标细胞活性与单细胞转录组测序应用
相关成果以“High-Viability Circulating Tumor Cells Sorting From Whole Blood at Single Cell Level Using Laser-Induced Forward Transfer-Assisted Microfiltration”为题，发表于《Advanced Science》。北京大学集成电路学院2020级博士生许清梅和中国科学院长春光机所2020级博士生王云桐为共同第一作者。北京大学集成电路学院王玮教授、中国科学院长春光机所李备研究员、大连医科大学附属第二医院王琪教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金重大科研仪器项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.202414195
