微流控芯片技术：微流控芯片，又称芯片实验室(lab-on-a-chip)，是把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规生物或化学实验室的各种功能的一种技术，具有高通量、集成化、试剂消耗量少、检测速度快等特性。目前，微流控芯片技术已经开始在肺癌等肿瘤研究方面得到应用，成为推动肺癌个体化诊断与治疗的前沿技术之一，也代表着未来医学分析仪器走向微型化、集成化的发展方向。详见本期关注。

呼吸与共手机报

第05期　总5期

2014年4月24日　星期四

甲午年 农历三月二十五

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【本期导读】

＞微流控芯片技术（microfluidic chip）在肺癌研究中的应用
＞肺损伤后卧床休息与肌无力、功能障碍相关
＞发绀的血气基础
＞“芯片肺”或可取代动物实验

＞微流控共培养系统——细菌靶向定位肿瘤新手段
＞肺癌个体化治疗新方法——三维药敏检测芯片

【本期关注】
＞微流控芯片技术（microfluidic chip）在肺癌研究中的应用
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微流控芯片技术：微流控芯片，又称芯片实验室(lab-on-a-chip)，是把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规生物或化学实验室的各种功能的一种技术，具有高通量、集成化、试剂消耗量少、检测速度快等特性。目前，微流控芯片技术已经开始在肺癌等肿瘤研究方面得到应用，成为推动肺癌个体化诊断与治疗的前沿技术之一，也代表着未来医学分析仪器走向微型化、集成化的发展方向。

微流控芯片技术在肺癌研究中的应用：（1）基于微流控芯片技术的肺癌基因分析 Oxnard等构建了一个数字液滴式PCR微流控芯片平台，用于肺癌患者EGFR突变基因检测，灵敏度达95%，特异度高达100%；（2）基于微流控芯片技术的肺癌蛋白质分析 ACS NANO杂志报道了一种在微流控芯片上量子点捕获肺癌患者血清标记物的研究，在紫外光下即可灵敏、快速地筛选肿瘤标志物，灵敏度和特异度均较高。若该技术应用于临床，将使肺癌早期筛查准确率大大提高，而且检测费用较低；（3）基于微流控芯片技术的肺癌单细胞分析 新英格兰医学杂志报道了一个高通量筛选肺癌循环肿瘤细胞CTC的微流控芯片，研究者成功分离了27例NSCLC转移患者的外周血，平均每毫升血中含有74个肺癌CTC，在检测的12例患者中，EGFR突变率高达92%，而血浆游离DNA的EGFR突变检测率仅33%；（4）基于微流控芯片技术的肺癌药敏检测与个体化治疗 王琪等成功构建了一个适于细胞三维培养的微流控芯片药敏检测平台，模拟肿瘤微环境，在连续培养基供应下，进行肺癌原代细胞和基质细胞的三维培养及不同浓度梯度化疗药物的敏感性检测，从而为肺癌患者筛选出敏感的药物和最佳的化疗方案。

微流控芯片技术在肺癌研究中的前景：随着技术的日臻完善，微流控芯片在肺癌等医学研究中将具有巨大应用前景。相信在不久的将来，该技术将逐渐被推广应用到临床，甚至走进寻常百姓家中，患者在家就可以自己操作芯片并将数据上传到网络终端，进行网上在线肺癌筛查和个体化用药指导，真正实现通过患者“一滴血”或“一滴尿”就可以诊断肺癌的远期目标。

＞肺损伤后卧床休息与肌无力、功能障碍相关
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《危重病医学杂志》4月刊上发表的一项研究显示，急性肺损伤期间的卧床休息时间是2年后存活者发生肌无力的最一致预测因素。卧床休息每增加1天，存活者的肌力在24个月随访时降低3%-11%。该研究结果强调了使用循证方法（包括早期物理和作业疗法）减少危重病期间卧床的重要性（Crit. Care Med. 2014;42:849-59）。

这项前瞻性、多中心、纵向研究由多伦多大学危重病医学科的Eddy Fan博士及其同事进行，入组520例急性肺损伤患者，其中222例接受肌力评估。在第3、6、12和24个月随访访视期间，研究者测定了四肢、手握和呼吸肌力量；人体测量变量；以及患者6 min步行距离。此外，还让患者完成1份有关健康相关生活质量的简明调查表。

研究者发现，患者通常在急性肺损伤后12个月内恢复肌力，而肌无力与额外持续存在至少12个月的身体功能和生活质量显著受限相关。仅36%的患者在ICU期间接受物理治疗，并且虽然平均ICU入住时间为13天，但接受理疗的患者在平均10天后才开始接受理疗。

研究者表示未进行神经传导检查、肌电图检查及肌肉和神经活检，并且未校正门诊康复和后续住院等因素。(爱思唯尔)。

【继续教育】

＞发绀的血气基础
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血液中的血红蛋白分为还原型血红蛋白和氧合血红蛋白，当血液中还原型血红蛋白含量增加到一定程度时，粘膜和皮肤即可呈现青紫色，是为发绀（Cyanosis）。引起发绀的其他原因还包括血中出现高铁血红蛋白及硫化血红蛋白等情况，前者常见于肠源性紫绀（亚硝酸盐中毒），后者有药物等多种因素。

发绀发生的机制为血液中还原型血红蛋白的绝对含量增加。因此重度贫血时即使血氧饱和度很低、静脉血中还原血红蛋白的比例非常高，但是由于血红蛋白浓度很低，还原型血红蛋白的绝对含量仍然很少，不会出现发绀。而血红蛋白浓度越高出现发绀的机会就越大，因此真性红细胞增多症患者在氧饱和度很高的情况下就会出现发绀。当肤色较深时，氧饱和度显著下降也不一定会出现紫绀，此时检查口腔粘膜或结膜颜色更有利于发绀的判断。

传统观点认为，血液中还原血红蛋白绝对值>50g/L时即出现发绀，但是这是通过动脉血氧饱和度和静脉血氧饱和度估计的值。以此值计算，若血红蛋白含量为150g/L，则此时毛细血管中血液的氧饱和度仅仅为66.7%。而与此相对应的动脉血还原血红蛋白含量约为33g/L，即动脉血氧饱和度约为79%。但有研究发现，当动脉血中的还原血红蛋白达到20g/L时，患者即可出现发绀，此时动脉血氧饱和度约为87%（按照血红蛋白为150g/L计算）。

【读片园地】

男性，23岁，急性淋巴细胞白血病化疗后，发热、咳嗽伴咯血1周余。

请描述HRCT的影像特征，以及可能诊断。
上期答案：该患者的CT表现为右上肺尖段空洞，其内可见圆形软组织密度影，软组织和空洞壁间形成新月征（air crescent sign），常常与感染造成的血管阻塞导致组织坏死有关。空洞壁外周环绕磨玻璃影，为晕征（halo sign），与局部肺泡出血有关。结合患者的临床表现，首先考虑“侵袭性肺曲菌病”的诊断。其他需要鉴别的疾病还包括结核、毛霉菌、奴卡菌等感染。

男性，70岁，管道工。体检时发现胸片异常（见上图），遂行胸部CT检查（见下图）。

【文献速揽】

＞“芯片肺”或可取代动物实验
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目前哈佛大学维斯研究院的科研人员研发了一种利用微流控芯片技术模拟人体肺脏的“芯片肺”装置。这一仿生微系统重建了人体肺脏肺泡-毛细血管界面，实现了气血交换的功能，重现了细菌和炎症细胞因子进入肺泡时肺脏的反应。这种肺部模拟在纳米毒理学研究中表明环形的机械应力可以加重肺脏对有毒和二氧化硅纳米颗粒的炎症反应，同时机械应力也增强了上皮和内皮对纳米颗粒的吸收以及运输到底层微血管通道的能力，在小鼠肺中也可观察到类似的生理呼吸对纳米颗粒吸收的影响。具有机械活动能力的“器官芯片”微装置，可以重建具有重要器官功能的组织界面，这可能因此而扩大细胞培养模型的功能,为动物实验和药物筛选及毒理学应用的临床研究提供一个低成本的替代品。
原文链接：Dongeun et al. Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip. Science, 2010,328 (5986): 1662-1668.

＞微流控共培养系统——细菌靶向定位肿瘤新手段
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在动物模型中，细菌的靶向定位被认为是一种可能的治疗肿瘤的方式，但应用于临床之前，其作用机制仍然有必要探索清楚。为了更好地观察细菌更倾向定植于肿瘤细胞，而非正常细胞，并阐述相关机制，本实验构建了一个简单的微流控芯片进行体外研究。该平台适于在多个小室，不同培养环境，同时培养多种细胞，并在小室和通道间建立稳定的化学梯度，从而诱导细菌迁移到特定细胞，并通过检测标记有绿色荧光蛋白的细菌的荧光强度进行定量分析。本实验研究表明，在正常肝细胞和肝癌细胞中，鼠伤寒沙门氏菌更偏向于定植在肝癌细胞中，并且AFP是吸引鼠伤寒沙门氏菌定植于肝癌细胞的关键因子。

原文链接：Hong JW et al. A novel microfluidic co-culture system for investigation of bacterial cancer targeting，Lab Chip, 2013, 13, 3033-40

＞肺癌个体化治疗新方法——三维药敏检测芯片
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个体化治疗在肺癌治疗中有广阔的应用前景，其中药敏试验是该治疗的基础。我们以此为目标，成功构建了一个以微流控芯片为基础的，适于细胞三维培养的药敏试验平台。在该平台中，肺癌细胞系，肺癌与基质细胞共培养体系，肺癌原代细胞分别在连续培养基供应下进行三维培养，体外模拟肿瘤微环境。抗肿瘤药物通过芯片上的浓度梯度发生器，在不同浓度下刺激各细胞，从而筛选出最佳的化疗方案。本实验成功地在该平台上培养了细胞系及原代细胞，并通过药敏试验，为八位肺癌病人筛选出了合适的化疗方案。该芯片简单、有效、高通量，它可适于临床医生选择合适的化疗方案并指导个体化治疗。

原文链接：Xu Z et al. Application of a microfluidic chip-based 3D co-culture to test drug sensitivity for individualized treatment of lung cancer，Biomaterials. 2013 May;34(16):4109-17

＞肺癌个体化治疗新方法——三维药敏检测芯片
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个体化治疗在肺癌治疗中有广阔的应用前景，其中药敏试验是该治疗的基础。我们以此为目标，成功构建了一个以微流控芯片为基础的，适于细胞三维培养的药敏试验平台。在该平台中，肺癌细胞系，肺癌与基质细胞共培养体系，肺癌原代细胞分别在连续培养基供应下进行三维培养，体外模拟肿瘤微环境。抗肿瘤药物通过芯片上的浓度梯度发生器，在不同浓度下刺激各细胞，从而筛选出最佳的化疗方案。本实验成功地在该平台上培养了细胞系及原代细胞，并通过药敏试验，为八位肺癌病人筛选出了合适的化疗方案。该芯片简单、有效、高通量，它可适于临床医生选择合适的化疗方案并指导个体化治疗。

原文链接：Xu Z et al. Application of a microfluidic chip-based 3D co-culture to test drug sensitivity for individualized treatment of lung cancer，Biomaterials. 2013 May;34(16):4109-17

＞分离循环肿瘤细胞的鱼脊形芯片

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癌症患者血液中少量的循环肿瘤细胞（circulating tumor cells，CTCs)有助于诊断和监测非血液性肿瘤疾病。前期实验已证明CTC芯片上包被有上皮细胞粘附分子抗体的微柱能捕捉循环肿瘤细胞，而本实验构建了高通量的鱼脊形微流控芯片¬—— 一个更强大的分离循环肿瘤细胞的平台。该芯片通过微漩涡混匀血液细胞，有效增加循环肿瘤细胞与芯片内抗体的作用面积。本芯片通过混有已知数量肿瘤细胞的血液验证细胞捕获率。而在临床应用上，本实验检测了15个前列腺癌转移患者的血液，其中14个的结果为阳性(中位数 = 63 CTCs/mL, 平均数 = 386 ± 238 CTCs/mL)，其肿瘤特异性易位基因TMPRSS2-ERG由RNA提取和RT-PCR鉴定。本实验所用的透明材料不仅适合免疫荧光法检测循环肿瘤细胞，也可通过病理组织染色进行检测。由于本芯片液体流动的剪切力低，在检测少数患者的血液标本时，发现了之前未被注意到的成簇的循环肿瘤细胞，这些细胞团可能促使肿瘤的血行转移。

原文链接：Stott SL et al. Isolation of circulating tumor cells using a microvortex-generating herringbone-chip, Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Oct 26; 107(43):18392-7.

＞人体疾病药物毒性模型——“肺水肿芯片”
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目前药物开发研究主要依靠动物实验，该方法花费多，耗时长，而现有的细胞培养模式难以模拟人体复杂的器官疾病模型。本实验构建的肺水肿仿生芯片模拟的肺泡毛细血管界面包括肺上皮细胞层和内皮细胞层的紧密连接，气液双相培养和循环机械力模拟的正常呼吸运动，并通过IL-2刺激，重现肿瘤患者在化疗中药物毒性诱导的肺水肿。本实验发现，与呼吸运动有关的机械力通过促使血管内液体的漏出在导致肺水肿的过程中扮演了重要角色，并且证明了循环免疫细胞不是肺水肿发展的必要条件，而血管生成素-1和TRPV4离子通道抑制剂（GSK219874）可能为防止IL-2毒性提供新疗法。

原文链接：Huh D et al. A Human Disease Model of Drug Toxicity–Induced Pulmonary Edema in a Lung-on-a-Chip Microdevice，Sci Transl Med. 2012 Nov 7;4(159):159ra147

＞高通量芯片——快速抗生素药敏检测新平台
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临床上对感染患者的治疗主要依赖于快速确定标本中病原菌的抗菌谱。目前抗生素的药敏检测主要有以下缺点：耗时长，所需标本量和试剂量多，检测灵敏度低，集成化低，而这些因素阻碍了抗生素及时地合理应用，不利于感染性疾病的管理，并导致抗生素的耐药。因此，本实验致力于构建一个快速、灵敏的检测抗生素敏感性的微流控芯片平台。该平台与传统方法相比有如下优点：（1）检测仅需2-4小时；（2）灵敏度高（≈1个细菌）；（3）所需样本量及试剂量低(<6 μL)；（4）便于携带。本平台测试了大肠杆菌对四种抗生素（氨苄西林、头孢氨苄、氯霉素、四环素）的敏感性，其结果通过荧光强度表达。结果显示，细菌浓度是抗生素治疗效果的主要决定因素，而且三种或更多的抗生素联合使用对病原菌的根除效果不一定优于两种抗生素的联合使用。总之，该微流控芯片可为临床上的抗感染治疗提供快速、准确的指导。

原文链接：Mohan R et al. A multiplexed microfluidic platform for rapid antibiotic susceptibility testing, Biosens Bioelectron. 2013 Nov 15;49:118-25

【药品资讯】

＞超级LABA茚达特罗，登陆中国
昂润®（茚达特罗）是目前中国唯一被批准用于成人慢阻肺维持治疗的单一吸入长效β2受体激动剂（LABA）。茚达特罗，一天吸入一次，5分钟快速起效，肺功能改善持续24小时。研究证实：茚达特罗改善慢阻肺患者呼吸困难和生活质量显著优于噻托溴铵。长期维持治疗，可显著预防和减少高危COPD患者COPD急性加重事件。

钟南山院士和韩江娜教授发表的一项荟萃分析也肯定了茚达特罗在改善呼吸困难方面的卓越疗效。

茚达特罗已被2013年GOLD和2013年中国慢阻肺指南都推荐为基础治疗用药

此外，昂润®（茚达特罗）的创新吸入装置是唯一能为患者提供看、听、尝三重反馈的吸入装置。

【会议预告】
＞中华医学会呼吸病学分会2014年系列学术会议

第十五次全国呼吸病学学术会议
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由中华医学会、中华医学会呼吸病学分会主办的中华医学会呼吸病学年会-2014（第十五次全国呼吸病学学术会议）定于2014年9月18～21日在河南省郑州市召开。在线投稿已经开通，截稿日期5月31日。欢迎全国各地的同道踊跃参会和投稿。详情请登录：http://www.csrd.org.cn/2014/cn/

中华医学会呼吸病学分会呼吸内镜及介入呼吸病学学术研讨会
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时间 2014年6月

地点 福建省厦门市。

中华医学会呼吸病学分会第九届全国哮喘学术会议暨中国哮喘联盟第五次大会
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时间 2014年10月

地点 青海省西宁市。

【本期主编】

王琪，医学博士，呼吸内科主任医师、教授、博士生导师，大连医科大学附属第二医院副院长，辽宁省肺癌转化医学研究中心负责人，辽宁省特聘教授，大连市优秀专家，大连市首批领军人才，国家自然科学基金二审专家，《中华结核和呼吸杂志》、《中国肺癌杂志》、《中华全科医师杂志》、《临床检验杂志》及《大连医科大学学报》等杂志编委。擅长支气管肺癌的诊治，特别是肺癌的早期诊断、个体化治疗及转化医学等，对肺部感染性疾病、慢性阻塞性肺疾病、支气管哮喘、间质性肺病等防治也有较深的造诣。 主要致力于基于微流控芯片技术的肺癌基础与临床研究，主持国家自然基金重点项目、重大计划培育项目及面上项目共5项，获辽宁省科学技术进步二、三等奖各一项，发表学术论文50 余篇，其中SCI收录论文24篇，出版专著2部。培养博士、硕士研究生20余人。

【关于我们】

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