【所屬領(lǐng)域】
醫(yī)療裝備
【痛點(diǎn)問(wèn)題】
細(xì)胞分選在生物醫(yī)學(xué)研究、藥物開(kāi)發(fā)、臨床診斷和細(xì)胞治療等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。隨著對(duì)個(gè)體化治療和細(xì)胞治療的需求增加，對(duì)特定細(xì)胞群體的準(zhǔn)確分選變得越來(lái)越重要。根據(jù)Grand View Research的報(bào)告，2019年全球細(xì)胞分選市場(chǎng)規(guī)模約為15.23億美元，并預(yù)計(jì)到2027年將以年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到9.4％的速度增長(zhǎng)。高端細(xì)胞分選技術(shù)主要集中在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家手中，市場(chǎng)壟斷嚴(yán)重、價(jià)格昂貴，面臨嚴(yán)重的卡脖子問(wèn)題。近年來(lái)，亞太地區(qū)的市場(chǎng)增長(zhǎng)較快，尤其是中國(guó)和印度等國(guó)家，在生物醫(yī)學(xué)研究和制藥業(yè)的快速發(fā)展下，迎來(lái)了市場(chǎng)機(jī)遇。但目前我國(guó)自主生產(chǎn)的細(xì)胞分選醫(yī)療器械遠(yuǎn)不能滿足臨床需求，國(guó)產(chǎn)設(shè)備在效率、準(zhǔn)確性、可操作性、穩(wěn)定性等方面仍存在極大不足。自主創(chuàng)新、獨(dú)立研發(fā)是我國(guó)細(xì)胞分選技術(shù)發(fā)展的必由之路。
【解決方案】
面向細(xì)胞免疫治療對(duì)高純度、高活性免疫細(xì)胞精準(zhǔn)分選的迫切需求，本項(xiàng)目顛覆性的提出微流控柔式細(xì)胞分選技術(shù)，微流控流式細(xì)胞分選儀相較于傳統(tǒng)流式分選儀具有革命性創(chuàng)新。自主研發(fā)聲波聚焦、液滴包裹、靜電分選三位一體集成化微流控芯片替代傳統(tǒng)流式分選核心模塊，研制微流控柔式細(xì)胞分選儀原理樣機(jī)，解決傳統(tǒng)流式分選細(xì)胞活性不足、氣溶膠污染等問(wèn)題，可極大改善細(xì)胞活性，簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)組成，并在生物醫(yī)學(xué)研究、藥物開(kāi)發(fā)、臨床診斷和細(xì)胞治療等領(lǐng)域開(kāi)展示范性應(yīng)用。
創(chuàng)新點(diǎn)主要包括：
1.自主設(shè)計(jì)消耗式全封閉微流控芯片確保了實(shí)驗(yàn)時(shí)全程無(wú)菌，無(wú)氣溶膠生成，防止了交叉感染；
2.輕柔分選，分選后細(xì)胞活率高達(dá)98%以上；
3.分選時(shí)快、準(zhǔn)、穩(wěn)，無(wú)內(nèi)部管路系統(tǒng)，安全放心，無(wú)后續(xù)維護(hù)成本。
技術(shù)原理與解決方案：
項(xiàng)目組基于聲流耦合和靜電感應(yīng)原理，設(shè)計(jì)并制造了具有三維流體聚焦和單細(xì)胞定點(diǎn)分選功能的微流控式細(xì)胞分選儀，突破了聲表面波細(xì)胞聚焦、高頻細(xì)胞包裹、細(xì)胞精準(zhǔn)分選等關(guān)鍵技術(shù)，單塊芯片可同時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞聚焦、液滴生成與充電偏轉(zhuǎn)，軸流直徑可至10μm，油包水液滴發(fā)生結(jié)構(gòu)液滴生成頻率高達(dá)20kHz，充電后液滴在電場(chǎng)中可穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)至特定通道完成分選，純度高達(dá)99.38%，保障了細(xì)胞的高效準(zhǔn)確分選，其全封閉式結(jié)構(gòu)也保證了細(xì)胞的高活性。
圖1 細(xì)胞分選微流控芯片
配套地，項(xiàng)目組還研發(fā)了全自動(dòng)免疫熒光/原位雜交染色儀與Al輔助熒光智能判讀算法，可同時(shí)對(duì)多類切片（細(xì)胞、組織、尿液）進(jìn)行雜交、染色、孵育等全流程批量處理，完全替代手工作業(yè)，相關(guān)技術(shù)目前已在多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)試點(diǎn)應(yīng)用。
圖2 全自動(dòng)免疫熒光/原位雜交染色儀原理樣機(jī)
【性能指標(biāo)】
指標(biāo) |
微流控柔式細(xì)胞分選 |
液滴生成頻率 |
20KHz |
分選純度 |
99.38% |
細(xì)胞存活率 |
98% |
細(xì)胞包裹率 |
60% |
【技術(shù)成熟度】
已搭建微流控柔式分選原理樣機(jī)一臺(tái)，目前正在華中科技大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院、武漢血液中心開(kāi)展腫瘤干細(xì)胞、Car-T細(xì)胞、血細(xì)胞分選的應(yīng)用探索。
【產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用】
細(xì)胞分選在生物醫(yī)學(xué)研究、藥物開(kāi)發(fā)、臨床診斷和細(xì)胞治療等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。隨著對(duì)個(gè)體化治療和細(xì)胞治療的需求增加，對(duì)特定細(xì)胞群體的準(zhǔn)確分選變得越來(lái)越重要。本項(xiàng)目顛覆性的提出了微流控流式細(xì)胞分選儀，解決了傳統(tǒng)流式分選細(xì)胞活性不足、氣溶膠污染等問(wèn)題，適合單細(xì)胞測(cè)序、細(xì)胞系開(kāi)發(fā)、抗體開(kāi)發(fā)、CRISPR編輯、T、B細(xì)胞單克隆、hiPS細(xì)胞單克隆挑選等應(yīng)用場(chǎng)景。
發(fā)展規(guī)劃：
未來(lái)規(guī)劃將在前期研究基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備的分選效果、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、操作性、一致性等方面進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)技術(shù)從原理樣機(jī)到產(chǎn)品的重要轉(zhuǎn)化，在生物醫(yī)學(xué)研究、藥物開(kāi)發(fā)、臨床診斷和細(xì)胞治療等領(lǐng)域開(kāi)展示范性應(yīng)用，為臨床診斷和病理分析提供新的手段，為細(xì)胞生物學(xué)研究提供先進(jìn)的平臺(tái)。預(yù)期技術(shù)成熟度達(dá)到8級(jí)，申報(bào)二類醫(yī)療器械注冊(cè)證一項(xiàng)，并在生命科學(xué)研究機(jī)構(gòu)、藥企等單位進(jìn)行應(yīng)用推廣。
知識(shí)產(chǎn)權(quán)：
該成果已申請(qǐng)多項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利。
合作方式：
專利許可、專利轉(zhuǎn)讓、作價(jià)入股、技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)服務(wù)、面談等。
【聯(lián)系方式】
CG24001
