超灵敏微流控装置检测红细胞变形性，助力抗衰老研究
2025-08-30 16:49:22   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

过去数十年间，红细胞（RBC）参数作为人类衰老的潜在生物标志物而备受关注。红细胞的变形性，即红细胞穿越狭窄微血管时发生弹性变形的能力，因其在维持高效微循环供氧方面的核心作用而成为尤为重要的参数（如图1(a)和图1(b)）。红细胞变形性与衰老过程密切相关，有望成为评估生物年龄的指标。然而，当前血液学检测技术灵敏度不足，难以精准辨别与衰老相关的变形性的细微变化。

图1 红细胞变形性及各类测量技术概述

据麦姆斯咨询报道，为解决上述技术痛点，韩国高丽大学（Korea University）和成均馆大学（Sungkyunkwan University）的研究团队开发了一种超灵敏微流控装置，通过微珠填充结构模拟脾脏的过滤机制。该平台借助群体水平的流动指标间接捕获单个红细胞的迁移行为，在仅需要极少量血液且操作简便的前提下，显著提升对红细胞变形性受损的检测灵敏度。与传统技术的平均化单个细胞的力学特性影响不同，该微流控系统能放大变形性差的红细胞的影响。这类细胞扰乱了微珠填充通道内的局部流动，类似在多车道高速公路上某车道慢速车辆会延缓整体交通的现象。这种设计能够精确检测混合红细胞群体中细微的变形性异质性。通过小鼠和人类临床样本验证发现，不同年龄组的红细胞变形性存在统计学显著差异，支持该平台将其作为评估生理衰老生物标志物，同时也可作为未来治疗干预效果的检测指标。相关研究内容以“Ultrasensitive microfluidic detection of red blood cell deformability: Age-related decline in deformability”为题发表在Physics of Fluids期刊上。

图2(a)至图2(c)呈现了红细胞流经微珠填充（直径约20-25 μm）的微流控测试段（L = 2mm、d = 0.4 mm）过程，通过相机实时监测红细胞穿过微管的渗透距离。如图2(c)所示，微流控装置由带有磁力搅拌器的9 mm样品室、容纳微珠填充管的直通道以及真空驱动流体系统构成。通过数字图像处理系统测量红细胞在110-268 mm距离内的迁移情况。图2(b)插图展示了红细胞悬浮液进入微珠填充区域的状态，可精确评估红细胞变形性。该实验装置呈现了红细胞被搅拌、引入微珠填充段并追踪其迁移距离。图2(d)展示了健康（年轻）红细胞和衰老红细胞随时间变化的渗透距离的概念图，直观反映了其变形性的差异。

图2 用于测量红细胞变形性的微珠填充微流控装置的设计与验证

这项研究分别通过小鼠临床前研究和人类临床研究，利用所开发的微流控装置开展实验验证。小鼠临床前研究共选取40只雄性小鼠，平均分为5个年龄组（1、6、12、18、24月龄），每组8只。人类临床研究共招募92位受试者参与，其中年轻组46人，老年组46人。年轻组中位年龄为30岁（范围12 ~ 40岁），老年组中位年龄72岁（范围65 ~ 90岁），两组年龄差异具有统计学意义（p < 0.001）。研究人员使用微流控系统并采用微珠变形性检测法来评估正常状态与异体共生诱导状态下红细胞力学特性随年龄的变化。该系统不仅能定量检测红细胞变形性，而且能捕获微循环中红细胞清除动力学的功能相关特征。

图3全面展示了小鼠红细胞变形性随年龄增长而衰退趋势以及异体共生诱导的调节机制，通过微珠渗透实验测定的迁移距离（MD）和迁移速度（Vel）进行评估。这些结果验证了该微流控平台对红细胞变形性随年龄而变化的高灵敏度检测能力。

图3 不同年龄和异体共生条件下小鼠红细胞变形性测定：迁移距离与迁移速度对比

图4详细分析了在全血和低渗应激两种实验条件下，年轻组与老年组受试者红细胞变形性的差异。实验结果表明，红细胞变形性随年龄增长而衰退的趋势在受控渗压应激条件下最为显著，可揭示在正常生理状态下难以觉察的功能损伤。因此，应激诱导的变形性测试为表征红细胞生物物理中与年龄和性别相关的差异提供了一种灵敏且具有生物学意义的方法。

图4 在全血和低渗应激两种实验条件下，两个年龄组（年轻组与老年组）红细胞迁移参数的比较分析，以评估诊断鉴别潜力。

综上所述，这项研究成功开发了一种可在标准化条件下测量红细胞变形性的高灵敏度微流控装置。借助该创新平台，研究人员不仅在动物模型和人类受试者中检测到红细胞力学性能随年龄增长而衰退，同时还观察到与性别相关的显著差异。研究结果表明，红细胞变形性不仅是衰老过程的可靠生物标志物，还有望成为未来抗衰老与年轻化研究的重要指标。

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0281533

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