细胞特异性异宿轨道支配惯性微流体中循环肿瘤细胞分离的相互作用动力学

癌症的生存率会随着诊断时间的提前而提高。然而，许多癌症只有在出现症状后，即癌症进展的晚期阶段才被诊断出来。因此，我们需要一种能够更早检测癌症的诊断工具。循环肿瘤细胞（circulating tumour cells，CTCs）是从原发肿瘤上脱落并可进入血液循环的细胞。对CTCs进行捕获和分析可以提供癌症的早期指征。然而，CTCs在血液中的稀有性使其高效捕获面临挑战。惯性微流体技术可通过基于细胞特性在微通道中操控细胞，实现无需标记的CTCs与白细胞（white blood cells，WBCs）分离，并获得良好的分离性能。惯性微流体装置主要依赖基于细胞尺寸的分离。然而，残余WBCs的夹带限制了完全分离的实现。在此，我们表明，细胞机械异质性在分离过程中发挥着重要作用，因此在此类装置的设计中应予以考虑。我们采用三维格子玻尔兹曼-浸入边界-有限元求解器，模拟CTCs和WBCs在直线微通道中的迁移动力学。结果表明，WBCs的迁移行为会随着CTC可变形性的不同而发生变化。研究显示，细胞的尺寸和可变形性决定了细胞特异性的异宿轨道，从而导致不同类型的相互作用；这些相互作用会改变WBCs的迁移，进而造成更多或更少的WBCs夹带。该研究强调，在设计用于分离的惯性微流体装置时，应同时考虑细胞特异性的异宿轨道和单细胞迁移速率。

癌症的生存率会随着诊断时间的提前而提高。然而，许多癌症只有在出现症状后，即癌症进展的晚期阶段，才能被诊断出来。因此，我们需要一种能够更早检测癌症的诊断工具。循环肿瘤细胞（circulating tumour cells，CTCs）是从原发肿瘤脱落并可进入血液循环的细胞。对CTCs进行捕获和分析能够提供癌症的早期指标。然而，由于CTCs在血液中的数量极为稀少，高效捕获CTCs具有很大挑战性。惯性微流控技术可基于细胞特性操控微通道中的细胞，实现无标记条件下将CTCs与白细胞（white blood cells，WBCs）分离，并获得良好的分离性能。惯性微流控装置主要依赖基于尺寸的分离。然而，残留白细胞的夹带限制了完全分离的实现。在本研究中，我们表明，细胞力学异质性在分离过程中发挥着重要作用，因此在此类装置的设计中应予以考虑。我们采用三维格子玻尔兹曼—浸入边界—有限元求解器，模拟CTCs和WBCs在直微通道中的迁移动力学。结果表明，WBCs的迁移行为会随CTC可变形性的变化而改变。研究显示，细胞的尺寸和可变形性决定了细胞特异性的异宿轨道，进而导致不同类型的相互作用；这些相互作用会改变WBCs的迁移，从而造成更多或更少的WBC残留夹带。本研究强调，在设计用于分离的惯性微流控装置时，应同时考虑细胞特异性的异宿轨道和单细胞迁移速率。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.15.751739v1?rss=1

🏷️ 循环肿瘤细胞 惯性微流体 细胞分离 细胞可变形性 异宿轨道 格子玻尔兹曼方法