微流控阻抗传感技术区分癌细胞状态：迈向即时诊断的重要一步

本研究通过定制微流控传感器测量癌细胞的电阻抗，成功区分悬浮与贴壁表型。研究人员分析了3种血液恶性肿瘤悬浮细胞系（JeKo-1、MM-1R、Maver-1）和2种乳腺癌贴壁细胞系（MDA-MB-231/-468），发现贴壁细胞因更大体积和膜特性呈现更高阻抗值。该技术为癌症诊断提供了无标记、快速的单细胞分析方法，对肿瘤转移监测具有重要临床意义。

　　

癌症细胞的表型异质性是肿瘤研究和临床诊断的重大挑战，尤其是悬浮生长（如血液肿瘤）与贴壁生长（如实体瘤）细胞间的动态转换，往往预示着疾病进展和转移风险。传统检测方法如流式细胞术或台盼蓝染色存在标记干扰、设备笨重等局限，而新兴的微流控技术虽能实现单细胞分析，但如何通过物理特性快速区分癌细胞状态仍是未解难题。

美国罗格斯大学的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics: X》发表创新研究，开发了一种双层结构的微流控阻抗传感器，通过测量细胞通过电极时引起的阻抗变化，成功建立了悬浮与贴壁癌细胞的电学特征图谱。该器件采用PDMS微流道与金电极集成设计，通道宽度50μm，电极间距30μm，在500kHz频率下捕捉细胞膜电容（Cm）和胞质电阻（Rc）的差异信号。

关键技术包括：1）软光刻法制备PDMS微流控芯片；2）锁相放大器（HF2A）与阻抗谱仪（HF2IS）联用系统；3）基于等效电路模型解析细胞电学参数；4）使用ATCC来源的5种癌细胞系（含MDA-MB-231/-468贴壁细胞及其悬浮转化态）进行验证。

3. 结果与讨论
3.1 表型依赖性阻抗特征
悬浮细胞系（JeKo-1/MM-1R/Maver-1）中位阻抗值显著低于贴壁细胞（p<2.03×10^-31），MDA-MB-231贴壁态阻抗（8.67×10^-4V）比悬浮态高71.4%，证实细胞体积和膜附着强度直接影响电信号。

3.2 单细胞系状态转换分析
通过诱导MDA-MB-231/468从贴壁态向悬浮态转化，发现阻抗值分别下降41.7%和41.4%（p=0.00024/0.0026），概率密度函数（PDF）曲线左移，提示该技术可监测上皮-间质转化（EMT）过程。

3.3 细胞外囊泡干扰排除
设定0.00025V阈值区分细胞与细胞外囊泡（EVs）信号后，贴壁细胞阻抗仍保持显著优势，证实测量特异性。显微镜观察显示聚集细胞会产生更高阻抗峰，反映细胞间相互作用的影响。

这项研究开创性地证明：1）阻抗差异源于细胞尺寸（悬浮细胞平均15-20μm vs 贴壁细胞20-30μm）和膜结构复杂性；2）单频（500kHz）测量即可实现表型区分，简化了传统阻抗谱的复杂操作；3）为开发无标记的癌症转移诊断设备奠定基础。未来结合机器学习算法，该技术有望在循环肿瘤细胞（CTC）检测和药物敏感性测试中发挥重要作用，推动精准医疗发展。