卵巢癌之所以成为致死率最高的癌症之一，主要原因在于诊断时机：如果医生能够及早发现，五年生存率可以超过90%；但如果发现较晚，处于三期或四期，五年生存率则不到这一数字的一半。
大约20年前，研究卵巢癌的科学家发现，最常见的高级别浆液性卵巢癌，很多病例实际上起源于输卵管。然而，在输卵管中检测这种疾病仍然十分困难，部分原因在于其癌前病变可能极其微小，难以取样。
如今，麻省理工学院（MIT）教授Kripa Varanasi带领的团队与MIT及约翰霍普金斯大学的同事合作，开发出一种手持式装置，能够温和地从特定部位采集活细胞，用于检测卵巢癌以及多种其他类型的癌症。研究人员认为，这项技术未来有望帮助更早、更有效地发现癌症，同时也可用于根据患者个体样本开发治疗方案。
在发表于期刊《Device》的研究中，研究人员展示了该系统能够对新切除的组织进行定点取样，并成功回收出可用于培养和检测的活细胞。该装置将一个微小的微流控通道贴附在组织表面，通过注射器驱动液体流过通道，在组织表面施加平行方向的剪切力，从而从微小区域中温和地分离出活细胞。
“我们希望能够从输卵管的特定区域采集活细胞，同时保持周围组织的完整性，”该研究的资深作者、机械工程Maher A. Elmasri教授Varanasi表示。“一旦获得这些活细胞，我们就能开展许多研究：可以用于诊断，也可以培养成类器官，构建疾病的活体模型。最终，这或许能让我们测试患者个体细胞对不同治疗方案的反应，从而推动更加个性化的医疗方案发展。”
与Varanasi共同完成该论文的还有共同第一作者Domitille Avalle（MIT硕士2025届）、MIT博士后Bert Vandereydt（博士2026届）以及Sean Parks（本科2020届，硕士2024届）。其他作者包括MIT博士研究生Huaiyao Peng；约翰霍普金斯大学医学院妇科肿瘤学教授Rebecca Stone；以及MIT材料科学与工程及生物工程教授Angela Belcher。
用于卵巢癌研究的活细胞
高级别浆液性卵巢癌多起源于输卵管这一发现，为高风险女性带来了新的预防选择——她们可以在生育年龄结束后切除输卵管，同时基本保留正常的激素分泌功能。
约翰霍普金斯大学的妇科肿瘤学专家Stone长期以来一直提倡为某些卵巢癌高风险女性实施这一手术。Belcher将Stone介绍给Varanasi，三人与其他合作者一起获得了“突破癌症基金会”（Break Through Cancer）的资助，该基金会致力于组建跨学科团队，共同攻克癌症研究中的重大难题。他们的项目专注于开发卵巢癌早期检测的新方法，而细胞采集技术正是这项更广泛研究的一部分。
研究人员最初想探究的问题是：能否从切除的输卵管特定区域采集活细胞，用于研究这种疾病的最早期阶段。
“我们的初衷是想看看能否从令人担忧的癌前病变区域找到早期信号，”Varanasi回忆道。
传统流程通常是将手术切除的输卵管放入化学固定液中保存，然后将组织切片。固定液能够保持组织结构，但细胞已不再存活，无法用于培养。随后，病理学家会在显微镜下观察薄组织切片，寻找癌变或癌前病变区域。
“这个过程非常耗时，而且对细胞的破坏性很大，”Varanasi说。“我们希望为病理学带来新的能力，不仅能观察这些细胞的形态，还能将它们活体采集下来，研究它们的行为方式。”
MIT的研究人员在约翰霍普金斯大学的手术室里亲眼见证了这一流程。
“这给了我们灵感，”Varanasi说。“我们实验室做了很多关于流体—表面相互作用的研究，我们意识到可以用液体来代替手术刀或刷子，因为液体流动时会在界面产生剪切应力。我们从外科医生那里了解到，某些部位的细胞附着力较弱，在常规冲洗等操作中就会脱落，因此认为这种方法是可行的。”
借助流体流动施加可控的剪切力，研究人员能够在不添加任何化学物质或酶的情况下，温和地移除并采集细胞。这使得研究人员能够采集到活细胞，用于进一步诊断，并有望用来开发个性化治疗方案。
“这正是需要临床医生与工程师携手合作才能解决的问题，”Stone说。“我们了解临床需求，而MIT团队则从流体力学和工程学的角度带来了截然不同的视角。这种结合让我们能够以全新的方式来处理这个问题。”
研究人员提出的新方法使用一种3D打印的微流控装置，能够与组织形成真空密封。该装置将液体流动限制在一个很小的区域内，流动的液体在此产生剪切应力，从而温和地分离出活细胞。
“我们设计出这样一种装置：一个注射器产生真空，将装置固定吸附在组织上，另一个注射器则将液体推入其中，”Vandereydt说。“真空形成密封，防止液体泄漏，然后我们在组织局部区域施加一个微流控芯片的作用，温和地把细胞剪切下来。”
研究人员展示了他们能够调节施加在组织上的剪切应力大小，并将这种方法与其他细胞采集流程进行了比较。结果发现，采用这种技术采集的细胞比传统方法分离出的细胞更容易存活，也更容易在培养中生长。
最后，研究人员在新鲜的人体输卵管样本上测试了这一装置，这要求他们随时待命，以便接收来自约翰霍普金斯大学合作者寄送的样本。实验完成后，样本会被寄回进行常规病理检测。
“样本随时可能送到。有时候，合作者会在晚上11点发邮件说‘明天会有两条输卵管送到’，”Vandereydt说。“我们成功地从这些输卵管中采集到活细胞，并将它们培养成类器官，这对于检测、疾病建模乃至最终开发个性化治疗方案都非常重要。”
“我们正在开发光学方法，用于识别组织中可疑的区域，而这项技术能够让我们精确地从这些区域采集活细胞，”Belcher说。“先能够看到疾病可能出现的位置，再采集这些细胞进行深入研究，这将是一种非常有力的手段。”
从装置到诊断
研究人员在不同类型的细胞上测试了该装置，发现通过调节剪切应力的大小，这种方法可以适用于采集各种类型的细胞。
“它对疾病类型没有特殊要求，”Vandereydt说。“有些前列腺癌细胞附着力非常弱，在1帕斯卡的应力下就会脱落；但对于骨癌细胞而言，即使施加高达5帕斯卡的应力，也只有少量细胞会脱落。”
研究人员计划让这一装置早期主要用于已从体内取出的组织，因为这样能更顺利地获得监管批准。但他们也希望未来能将该装置用于患者体内的取样，从而实现更便捷的检测和更早的癌症发现。
“这项技术令人兴奋之处在于，它能够从特定区域采集活细胞，同时保留组织用于病理检测，”Stone说。“未来，我们可以设想将其整合到常规组织病理学流程中，从而创造出一种强大的新方法，直接从人体组织研究癌变过程和基础生物学机制。”
Varanasi将这一项目的顺利推进归功于“突破癌症基金会”的支持。
“突破癌症基金会汇聚了不仅研究卵巢癌，还研究胰腺癌、脑癌、白血病等多种癌症的专家，”Varanasi说。“我们一次又一次听到的呼声是，如果能有更好的方法从组织特定区域获取活细胞，将会非常有价值。”
研究人员希望，通过实现在不移除或破坏周围组织的前提下，从精确位置采集活细胞，他们的方法最终能够帮助研究人员和临床医生更早地识别疾病，并更深入地理解疾病的发展过程。
“如果这项工作最终能够帮助女性更早发现卵巢癌，我会觉得非常有成就感，”Varanasi说。“这正是激励我们前进的动力——将实验室中开发的科学与工程成果，真正应用于改善人们的生活。”
这项工作得到了“突破癌症基金会”的资助。
Q&A
Q1：这种新型细胞采集装置是如何工作的？
A：该装置将一个微小的微流控通道贴附在组织表面，通过注射器驱动液体流过通道，在组织表面施加平行方向的剪切力，从而从微小区域中温和地分离出活细胞，同时不破坏周围组织。
Q2：这项技术对卵巢癌检测有什么意义？
A：许多高级别浆液性卵巢癌起源于输卵管，但癌前病变通常极其微小、难以取样。这种装置能够从特定区域采集活细胞用于诊断和培养，有助于更早发现疾病，从而大幅提高五年生存率。
Q3：这项技术除了卵巢癌，还能用于其他疾病吗？
A：可以。研究人员测试发现，该方法对疾病类型没有特殊要求，通过调节施加的剪切应力大小，可以采集前列腺癌、骨癌等多种类型的细胞，具有广泛的应用潜力。
