创新的微流控梯度发生器加速癌症药物研发进程
2025-11-24 08:56:58   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，台湾大学和台湾应用科学研究院的科学家们研发出一种快速、精确的微流控梯度发生器，能产生精确的药物梯度，其性能优于手动稀释法，为高通量和个性化医疗提供了一种可靠的多药物筛选方法。

（a）多层微流控梯度发生器及浓度梯度生成原理示意图；（b）药物细胞毒性实验的工作流程。

癌症仍是全球最紧迫的健康挑战之一，据世界卫生组织报告称，2022年新增癌症病例达2000万例，死亡970万例。预计到2050年，全球癌症发病率将超过3500万例，因此，对有效个性化治疗策略的需求正在持续增长。

癌症治疗中的一个主要障碍是肿瘤异质性，这会导致患者产生对药物的特异性反应以及耐药性。因此，除了需要开发新疗法，利用可靠的筛选平台快速评估最佳药物剂量和组合也同样关键。

传统的药物筛选在很大程度上依赖于手动移液和连续稀释，这些操作劳动强度大、容易产生累积误差，并且难以规模化。尽管高通量筛选系统提高了检测能力，但仍存在显著局限，特别是在生成准确的浓度梯度方面，而这种梯度对于确定半数抑制浓度（IC₅₀）和最大有效浓度（Emax）等关键药理学参数至关重要。即使是微小的稀释误差，也可能扭曲药物反应曲线，影响临床相关性。

为了应对这些挑战，研究人员开发了一种高通量微流控装置，能够快速生成精确的药物浓度梯度。与基于扩散或液滴微流控的方法不同——这些方法速度慢、不稳定且存在设备依赖，新系统利用微通道中受控的层流，通过简单的通道长度设计来调整浓度比例。这种方法能实够现高度精确的梯度，且无论流速如何变化都能保持稳定，能够在30秒内达到稳态。该研究成果已经以“Microfluidic device for high-throughput cancer drug screenings”为题发表于Chemical Engineering Journal期刊。

在使用牛血清白蛋白溶液和抗癌药物检测的验证研究中，所提出微流控装置产生的浓度梯度与理论值的偏差小于6%，远优于手动稀释。用奥沙利铂对HCT-116结直肠癌细胞进行的细胞毒性测试显示，其IC₅₀与传统方法相比仅相差2.45%。使用5-氟尿嘧啶、奥沙利铂和SN-38进行的多药物筛选进一步证明，该微流控装置能稳定检测出协同效应。

该微流控装置的出口设计与标准96孔板兼容，可无缝整合到现有的筛选工作流程中。未来的进一步研究旨在将该系统应用于患者来源的类器官，有望推动精准肿瘤学和个性化治疗策略的发展。

“通过减少人力、最大限度降低人为错误以及实现快速、可靠的药物测试，该微流控平台显著加快了癌症药物的研发进程。”台湾大学应用力学研究所杰出教授、共同通讯作者Chien-Fu Chen博士表示。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.169510

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《微流控技术及市场-2024版》