癌癥治療的核心挑戰之一，是如何利用有限的患者活檢樣本快速篩選有效藥物。傳統384孔板單次實驗需20,000個腫瘤細胞，而細針穿刺活檢通常僅能獲取約50萬細胞，且需優先滿足病理診斷，導致體外藥物敏感性測試（DSRT）常因樣本不足而受限。德國卡爾斯魯厄理工學院團隊開發的液滴微陣列（DMA）平臺，聯合I.DOT納米級分配技術，將單孔細胞用量降至100個、藥物消耗減少300倍，為稀缺樣本的高效利用開辟新路徑。
1、DMA 玻片采用親水-超疏水圖案化設計：
親水斑點：通過硅烷化處理和硫醇-炔點擊化學，在玻璃表面形成1mm2親水區域（水接觸角<10°），支持納升液滴穩定形成；
超疏水背景：全氟癸硫醇修飾的超疏水邊界（接觸角>150°），確保液滴獨立分離，單滴體積80-100 nL（圖1a）
圖1. DMA平臺。(a)含有水滴的非聚合物DMA載玻片的照片。這張照片是由KIT跨媒體部門的團隊拍攝的。(b)在聚合物DMA上孵育48小時并用鈣黃綠素AM和PI染色的原代CLL細胞的顯微鏡圖像。比例尺= 100 μm，插入50 μm。(c)使用內部開發的算法顯示細胞計數的顯微鏡圖像。比例尺= 100 μm，插入20 μm。(d)圖顯示了從五個不同供體分離并在聚合物DMA載玻片（黑色條）和細胞培養瓶（虛線條）中培養48小時的CLL細胞的活力的比較。
1、細胞接種
使用I.DOT納米級分配器（DispendixGmbH），將原代慢性淋巴細胞白血病（CLL）細胞懸液（濃度100×10?cells/mL）以100nL/滴精準分配至親水斑點，單滴平均含100個細胞，細胞數變異系數（CV）<5%（圖1c）。
2、藥物打印
抗癌藥物（如阿霉素、AZD7762）溶解于DMSO后，經I.DOT以納升級體積打印至疏水玻片，通過三明治法與細胞液滴接觸，確保藥物轉移率>95%，最終濃度覆蓋0.041-200μM（圖2）。
圖2. 在聚合物DMA平臺上比較化合物對從供體1分離的原代患者源性CLL細胞的劑量依賴性作用（上圖）和384孔板（下圖）：（a）多柔比星，（B）AZD7762，（c）Abt-199，（d）CAL-101，（e）達沙替尼，（f）IPI-145，（g）LGX-818，（h）PCI-32765，和（i）MK-2206。在DMA平臺的情況下，平均值取自四次重復;誤差條是標準偏差。在384孔板的情況下，我們每個濃度僅重復一次。應注意，DMA和384孔板的x軸刻度不同
抗癌藥物（如阿霉素、AZD7762）溶解于 DMSO 后，通過 I.DOT 納米級分配器以納升級體積打印至疏水玻片，采用三明治法與細胞液滴接觸，確保藥物轉移率> 95%，最終濃度覆蓋 0.041–200 μM（圖 2）。
細胞接種后孵育2小時，通過I.DOT分配染色液（CalceinAM/PI）進行活死細胞染色，15分鐘內完成588個液滴的熒光成像（OlympusIX81顯微鏡），結合ImageJ算法自動計數細胞活力（圖1b）。
1、超高效樣本利用
與384孔板相比，DMA平臺聯合I.DOT技術將細胞用量從20,000 cells/孔降至100cells/滴（↓200倍），藥物消耗從10nmol/孔降至0.03 nmol/滴（↓300倍），試劑體積從25,000nL/孔降至50nL/滴（↓500倍）（表1）。
表1. 在DMA平臺和384孔板上進行篩選的化合物、細胞和試劑的工作流程和消耗比較。
2. 數據一致性與可靠性：
對9種抗癌藥物的劑量-反應曲線顯示，DMA平臺與384孔板的IC50值高度吻合（如阿霉素IC50：202.51μMvs.200μM），Z'因子（評估篩選性能的指標）達0.56-0.85（>0.5為“優秀”），證實微尺度培養未改變細胞對藥物的響應特性（圖2、圖3）。
圖3. 化合物對在具有手動設置的聚合物DMA平臺（上圖）和384孔板（下圖）上從三個不同供體分離的原代患者來源的CLL細胞的劑量依賴性作用的比較：（a）供體3，（B）供體4，和（c）供體5。在DMA平臺的情況下，平均值取自四次重復;誤差條是標準偏差。在384孔板的情況下，我們每個濃度僅重復一次。應注意，DMA和384孔板的x軸刻度不同。
1、高通量能力
I.DOT支持單日處理100+樣本，單玻片集成588個液滴，較手動操作效率提升10倍，且非接觸式分配避免交叉污染（污染率<0.01%）。
2、成本優化
單藥物10濃度4重復實驗成本僅10歐元，不足384孔板（800歐元）的1/80，主要得益于納升級試劑消耗與自動化流程
對5例患者來源的CLL細胞測試顯示，DMA平臺可在48小時內完成藥敏分析，細胞活力維持在60%-85%，與培養瓶培養結果一致（圖1d），證明其對原代細胞的兼容性。
這項研究借助 I.DOT 技術的納米級精準分配能力，在 DMA 平臺上實現了對傳統藥物篩選技術的突破，通過將單孔細胞用量降至100個，解決了活檢樣本稀缺導致的原代細胞耗竭難題，使高效藥敏篩選在超微尺度下成為可能；其臨床價值體現在為兒童腫瘤、罕見癌癥等樣本獲取困難的病癥提供了可行的體外檢測方案，支持治療過程中動態耐藥監測與藥物重定位，推動個體化醫療的精準化實踐；未來研究可進一步結合3D培養（如水凝膠支架）與人工智能數據分析，構建更貼近體內生理環境的篩選模型，加速實驗室成果向臨床應用的轉化[1,2]。該研究不僅驗證了I.DOT與DMA平臺在微尺度篩選中的協同優勢，更通過技術創新開啟了精準醫療領域的新方向，有望成為未來癌癥個體化治療中高效篩選與精準用藥的核心工具。
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1. Neto, A. I.; Demir, K.; Popova, A. A.; et al. Fabrication of Hydrogel Particles of Defined Shapes Using Superhydrophobic-Hydrophilic Micropatterns. Adv. Mater. 2016, 7613–7619.
2. Tronser, T.; Demir, K.; Reischl, M.; et al. Droplet Microarray: Miniaturized Platform for Rapid Formation and High-Throughput Screening of Embryoid Bodies. Lab Chip 2018,18, 2257–2269.
