卵巢癌之所以成為致死率最高的癌症之一，主要原因在於診斷時機：如果醫生能夠及早發現，五年生存率可以超過90%；但如果發現較晚，處於三期或四期，五年生存率則不到這一數字的一半。
大約20年前，研究卵巢癌的科學家發現，最常見的高級別漿液性卵巢癌
，很多病例實際上起源於輸卵管。然而，在輸卵管中檢測這種疾病仍然十分困難，部分原因在於其癌前病變可能極其微小，難以取樣。
如今，麻省理工學院（MIT）教授Kripa Varanasi帶領的團隊與MIT及約翰霍普金斯大學的同事合作，開發出一種手持式裝置，能夠溫和地從特定部位採集活細胞，用於檢測卵巢癌以及多種其他類型的癌症。研究人員認為，這項技術未來有望幫助更早、更有效地發現癌症，同時也可用於根據患者個體樣本開發治療方案。
在發表於期刊《Device》的研究中，研究人員展示了該系統能夠對新切除的組織進行定點取樣，並成功回收出可用於培養和檢測的活細胞。該裝置將一個微小的微流控通道貼附在組織表面，通過注射器驅動液體流過通道，在組織表面施加平行方向的剪切力，從而從微小區域中溫和地分離出活細胞。
「我們希望能夠從輸卵管的特定區域採集活細胞，同時保持周圍組織的完整性，」該研究的資深作者、機械工程Maher A. Elmasri教授Varanasi表示。「一旦獲得這些活細胞，我們就能開展許多研究：可以用於診斷，也可以培養成類器官，構建疾病的活體模型。最終，這或許能讓我們測試患者個體細胞對不同治療方案的反應，從而推動更加個性化的醫療方案發展。」
與Varanasi共同完成該論文的還有共同第一作者Domitille Avalle（MIT碩士2025屆）、MIT博士後Bert Vandereydt（博士2026屆）以及Sean Parks（本科2020屆，碩士2024屆）。其他作者包括MIT博士研究生Huaiyao Peng；約翰霍普金斯大學醫學院婦科腫瘤學教授Rebecca Stone；以及MIT材料科學與工程及生物工程教授Angela Belcher。
用於卵巢癌研究的活細胞
高級別漿液性卵巢癌多起源於輸卵管這一發現，為高風險女性帶來了新的預防選擇——她們可以在生育年齡結束後切除輸卵管，同時基本保留正常的激素分泌功能。
約翰霍普金斯大學的婦科腫瘤學專家Stone長期以來一直提倡為某些卵巢癌高風險女性實施這一手術。Belcher將Stone介紹給Varanasi，三人與其他合作者一起獲得了「突破癌症基金會」（Break Through Cancer）的資助，該基金會致力於組建跨學科團隊，共同攻克癌症研究中的重大難題。他們的項目專注於開發卵巢癌早期檢測的新方法，而細胞採集技術正是這項更廣泛研究的一部分。
研究人員最初想探究的問題是：能否從切除的輸卵管特定區域採集活細胞，用於研究這種疾病的最早期階段。
「我們的初衷是想看看能否從令人擔憂的癌前病變區域找到早期信號，」Varanasi回憶道。
傳統流程通常是將手術切除的輸卵管放入化學固定液中保存，然後將組織切片。固定液能夠保持組織結構，但細胞已不再存活，無法用於培養。隨後，病理學家會在顯微鏡下觀察薄組織切片，尋找癌變或癌前病變區域。
「這個過程非常耗時，而且對細胞的破壞性很大，」Varanasi說。「我們希望為病理學帶來新的能力，不僅能觀察這些細胞的形態，還能將它們活體採集下來，研究它們的行為方式。」
MIT的研究人員在約翰霍普金斯大學的手術室里親眼見證了這一流程。
「這給了我們靈感，」Varanasi說。「我們實驗室做了很多關於流體—表面相互作用的研究，我們意識到可以用液體來代替手術刀或刷子，因為液體流動時會在界面產生剪切應力。我們從外科醫生那裡了解到，某些部位的細胞附著力較弱，在常規沖洗等操作中就會脫落，因此認為這種方法是可行的。」
藉助流體流動施加可控的剪切力，研究人員能夠在不添加任何化學物質或酶的情況下，溫和地移除並採集細胞。這使得研究人員能夠採集到活細胞，用於進一步診斷，並有望用來開發個性化治療方案。
「這正是需要臨床醫生與工程師攜手合作才能解決的問題，」Stone說。「我們了解臨床需求，而MIT團隊則從流體力學和工程學的角度帶來了截然不同的視角。這種結合讓我們能夠以全新的方式來處理這個問題。」
研究人員提出的新方法使用一種3D列印的微流控裝置，能夠與組織形成真空密封。該裝置將液體流動限制在一個很小的區域內，流動的液體在此產生剪切應力，從而溫和地分離出活細胞。
「我們設計出這樣一種裝置：一個注射器產生真空，將裝置固定吸附在組織上，另一個注射器則將液體推入其中，」Vandereydt說。「真空形成密封，防止液體泄漏，然後我們在組織局部區域施加一個微流控晶片的作用，溫和地把細胞剪切下來。」
研究人員展示了他們能夠調節施加在組織上的剪切應力大小，並將這種方法與其他細胞採集流程進行了比較。結果發現，採用這種技術採集的細胞比傳統方法分離出的細胞更容易存活，也更容易在培養中生長。
最後，研究人員在新鮮的人體輸卵管樣本上測試了這一裝置，這要求他們隨時待命，以便接收來自約翰霍普金斯大學合作者寄送的樣本。實驗完成後，樣本會被寄回進行常規病理檢測。
「樣本隨時可能送到。有時候，合作者會在晚上11點發郵件說『明天會有兩條輸卵管送到』，」Vandereydt說。「我們成功地從這些輸卵管中採集到活細胞，並將它們培養成類器官，這對於檢測、疾病建模乃至最終開發個性化治療方案都非常重要。」
「我們正在開發光學方法，用於識別組織中可疑的區域，而這項技術能夠讓我們精確地從這些區域採集活細胞，」Belcher說。「先能夠看到疾病可能出現的位置，再採集這些細胞進行深入研究，這將是一種非常有力的手段。」
從裝置到診斷
研究人員在不同類型的細胞上測試了該裝置，發現通過調節剪切應力的大小，這種方法可以適用於採集各種類型的細胞。
「它對疾病類型沒有特殊要求，」Vandereydt說。「有些前列腺癌細胞附著力非常弱，在1帕斯卡的應力下就會脫落；但對於骨癌細胞而言，即使施加高達5帕斯卡的應力，也只有少量細胞會脫落。」
研究人員計劃讓這一裝置早期主要用於已從體內取出的組織，因為這樣能更順利地獲得監管批准。但他們也希望未來能將該裝置用於患者體內的取樣，從而實現更便捷的檢測和更早的癌症發現。
「這項技術令人興奮之處在於，它能夠從特定區域採集活細胞，同時保留組織用於病理檢測，」Stone說。「未來，我們可以設想將其整合到常規組織病理學流程中，從而創造出一種強大的新方法，直接從人體組織研究癌變過程和基礎生物學機制。」
Varanasi將這一項目的順利推進歸功於「突破癌症基金會」的支持。
「突破癌症基金會匯聚了不僅研究卵巢癌，還研究胰腺癌、腦癌、白血病等多種癌症的專家，」Varanasi說。「我們一次又一次聽到的呼聲是，如果能有更好的方法從組織特定區域獲取活細胞，將會非常有價值。」
研究人員希望，通過實現在不移除或破壞周圍組織的前提下，從精確位置採集活細胞，他們的方法最終能夠幫助研究人員和臨床醫生更早地識別疾病，並更深入地理解疾病的發展過程。
「如果這項工作最終能夠幫助女性更早發現卵巢癌，我會覺得非常有成就感，」Varanasi說。「這正是激勵我們前進的動力——將實驗室中開發的科學與工程成果，真正應用於改善人們的生活。」
這項工作得到了「突破癌症基金會」的資助。
Q&A
Q1：這種新型細胞採集裝置是如何工作的？
A：該裝置將一個微小的微流控通道貼附在組織表面，通過注射器驅動液體流過通道，在組織表面施加平行方向的剪切力，從而從微小區域中溫和地分離出活細胞，同時不破壞周圍組織。
Q2：這項技術對卵巢癌檢測有什麼意義？
A：許多高級別漿液性卵巢癌起源於輸卵管，但癌前病變通常極其微小、難以取樣。這種裝置能夠從特定區域採集活細胞用於診斷和培養，有助於更早發現疾病，從而大幅提高五年生存率。
Q3：這項技術除了卵巢癌，還能用於其他疾病嗎？
A：可以。研究人員測試發現，該方法對疾病類型沒有特殊要求，通過調節施加的剪切應力大小，可以採集前列腺癌、骨癌等多種類型的細胞，具有廣泛的應用潛力。
