癌癥治療的核心挑戰(zhàn)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(tǒng)384孔板單次實(shí)驗(yàn)需20,000個(gè)腫瘤細(xì)胞，而細(xì)針穿刺活檢通常僅能獲取約50萬(wàn)細(xì)胞，且需優(yōu)先滿足病理診斷，導(dǎo)致體外藥物敏感性測(cè)試（DSRT）常因樣本不足而受限。德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的液滴微陣列（DMA）平臺(tái)，聯(lián)合I.DOT納米級(jí)分配技術(shù)，將單孔細(xì)胞用量降至100個(gè)、藥物消耗減少300倍，為稀缺樣本的高效利用開(kāi)辟新路徑。
1、DMA 玻片采用親水-超疏水圖案化設(shè)計(jì)：
親水斑點(diǎn)：通過(guò)硅烷化處理和硫醇-炔點(diǎn)擊化學(xué)，在玻璃表面形成1mm2親水區(qū)域（水接觸角<10°），支持納升液滴穩(wěn)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(dú)立分離，單滴體積80-100 nL（圖1a）
圖1. DMA平臺(tái)。(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(mén)的團(tuán)隊(duì)拍攝的。(b)在聚合物DMA上孵育48小時(shí)并用鈣黃綠素AM和PI染色的原代CLL細(xì)胞的顯微鏡圖像。比例尺= 100 μm，插入50 μm。(c)使用內(nèi)部開(kāi)發(fā)的算法顯示細(xì)胞計(jì)數(shù)的顯微鏡圖像。比例尺= 100 μm，插入20 μm。(d)圖顯示了從五個(gè)不同供體分離并在聚合物DMA載玻片（黑色條）和細(xì)胞培養(yǎng)瓶（虛線條）中培養(yǎng)48小時(shí)的CLL細(xì)胞的活力的比較。
1、細(xì)胞接種
使用I.DOT納米級(jí)分配器（DispendixGmbH），將原代慢性淋巴細(xì)胞白血病（CLL）細(xì)胞懸液（濃度100×10?cells/mL）以100nL/滴精準(zhǔn)分配至親水斑點(diǎn)，單滴平均含100個(gè)細(xì)胞，細(xì)胞數(shù)變異系數(shù)（CV）<5%（圖1c）。
2、藥物打印
抗癌藥物（如阿霉素、AZD7762）溶解于DMSO后，經(jīng)I.DOT以納升級(jí)體積打印至疏水玻片，通過(guò)三明治法與細(xì)胞液滴接觸，確保藥物轉(zhuǎn)移率>95%，最終濃度覆蓋0.041-200μM（圖2）。
圖2. 在聚合物DMA平臺(tái)上比較化合物對(duì)從供體1分離的原代患者源性CLL細(xì)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(dá)沙替尼，（f）IPI-145，（g）LGX-818，（h）PCI-32765，和（i）MK-2206。在DMA平臺(tái)的情況下，平均值取自四次重復(fù);誤差條是標(biāo)準(zhǔn)偏差。在384孔板的情況下，我們每個(gè)濃度僅重復(fù)一次。應(yīng)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(guò) I.DOT 納米級(jí)分配器以納升級(jí)體積打印至疏水玻片，采用三明治法與細(xì)胞液滴接觸，確保藥物轉(zhuǎn)移率> 95%，最終濃度覆蓋 0.041–200 μM（圖 2）。
細(xì)胞接種后孵育2小時(shí)，通過(guò)I.DOT分配染色液（CalceinAM/PI）進(jìn)行活死細(xì)胞染色，15分鐘內(nèi)完成588個(gè)液滴的熒光成像（OlympusIX81顯微鏡），結(jié)合ImageJ算法自動(dòng)計(jì)數(shù)細(xì)胞活力（圖1b）。
1、超高效樣本利用
與384孔板相比，DMA平臺(tái)聯(lián)合I.DOT技術(shù)將細(xì)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(tái)和384孔板上進(jìn)行篩選的化合物、細(xì)胞和試劑的工作流程和消耗比較。
2. 數(shù)據(jù)一致性與可靠性：
對(duì)9種抗癌藥物的劑量-反應(yīng)曲線顯示，DMA平臺(tái)與384孔板的IC50值高度吻合（如阿霉素IC50：202.51μMvs.200μM），Z'因子（評(píng)估篩選性能的指標(biāo)）達(dá)0.56-0.85（>0.5為“優(yōu)秀”），證實(shí)微尺度培養(yǎng)未改變細(xì)胞對(duì)藥物的響應(yīng)特性（圖2、圖3）。
圖3. 化合物對(duì)在具有手動(dòng)設(shè)置的聚合物DMA平臺(tái)（上圖）和384孔板（下圖）上從三個(gè)不同供體分離的原代患者來(lái)源的CLL細(xì)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(tái)的情況下，平均值取自四次重復(fù);誤差條是標(biāo)準(zhǔn)偏差。在384孔板的情況下，我們每個(gè)濃度僅重復(fù)一次。應(yīng)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(gè)液滴，較手動(dòng)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(yōu)化
單藥物10濃度4重復(fù)實(shí)驗(yàn)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(jí)試劑消耗與自動(dòng)化流程
對(duì)5例患者來(lái)源的CLL細(xì)胞測(cè)試顯示，DMA平臺(tái)可在48小時(shí)內(nèi)完成藥敏分析，細(xì)胞活力維持在60%-85%，與培養(yǎng)瓶培養(yǎng)結(jié)果一致（圖1d），證明其對(duì)原代細(xì)胞的兼容性。
這項(xiàng)研究借助 I.DOT 技術(shù)的納米級(jí)精準(zhǔn)分配能力，在 DMA 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)藥物篩選技術(shù)的突破，通過(guò)將單孔細(xì)胞用量降至100個(gè)，解決了活檢樣本稀缺導(dǎo)致的原代細(xì)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(jià)值體現(xiàn)在為兒童腫瘤、罕見(jiàn)癌癥等樣本獲取困難的病癥提供了可行的體外檢測(cè)方案，支持治療過(guò)程中動(dòng)態(tài)耐藥監(jiān)測(cè)與藥物重定位，推動(dòng)個(gè)體化醫(yī)療的精準(zhǔn)化實(shí)踐；未來(lái)研究可進(jìn)一步結(jié)合3D培養(yǎng)（如水凝膠支架）與人工智能數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建更貼近體內(nèi)生理環(huán)境的篩選模型，加速實(shí)驗(yàn)室成果向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化[1,2]。該研究不僅驗(yàn)證了I.DOT與DMA平臺(tái)在微尺度篩選中的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，更通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)啟了精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域的新方向，有望成為未來(lái)癌癥個(gè)體化治療中高效篩選與精準(zhǔn)用藥的核心工具。
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