模擬晶片的好處
癌症治療，以各種方式和原理，在治療方法開發出來之後，都需要適當的測試。除了在細胞培養皿中對癌細胞的測試，近來有了更逼真的模擬環境，也就是所謂的模擬晶片，悄悄成為各方開發和研究的方向。不但宣稱能夠減少動物使用，甚至比動物測試更精準，這樣的說法，是因為人和動物不相同，而模擬晶片，是依照人類的狀況去設計的。美國「麻州理工學院」(MIT)在這個領域上，算是箇中翹楚。繼「器官模擬晶片」(Organ on a chip)之後，我們來看看這個「癌細胞模擬晶片」(Cancer cell on a chip)。
電場對癌細胞的影響性
低強度、中度頻率的電場能有效的防止乳癌和肺癌細胞生長和擴散，同時不影響鄰近的健康細胞? 這是最近MIT位於新加坡的研究員，發表的微流體裝置，研究電場對癌細胞影響的成果。
過去幾十年來，科學家實驗另類的癌症治療，稱做「腫瘤治療電場」(tumor treating field, TTF)，利用癌細胞結構和外界電場間的相互作用來治療癌症。大致說來，利用電場產生的力量作用在帶電荷的物體上。電場能夠影響癌細胞中的極性分子，像是「微管」(microtubules)，對整齊排列。而這些分子的排列也決定細胞分裂。當微管排好尾端對尾端對齊形成「有絲分裂紡錘體」(mitotic spindle)，細胞的基因物質接上「紡錘絲」(spindle fiber)，拉扯和分裂細胞，從一個變成兩個。在過去，利用這樣的特性，科學家觀察到約100~300kHz的低頻電場加上和攪拌器般的強度，可以影響帶電荷的分子，瓦解其排列，以致於不會形成有絲分裂紡錘體造成細胞分裂。科學家對這樣的現象相當興奮，然而要對電場的強度和頻率做各種癌細胞反應的測試，確保只會影響癌細胞，對齊週遭的正常細胞沒有傷害，需要很多的實驗。
利用微流體裝置快速檢測
Novocure是ㄧ家致力於開發TTF來治療腦癌和肺癌的公司。而這裡介紹的微流體裝置，開發者也是由Novocure的研究，開發出能夠快速檢測電場對癌細胞影響的裝置。這個微流體裝置，由一種常見類似凝膠的多分子製作，裝置上排列有小的流道；另外以微米(micron)大小的「銀片」(silver flakes)和「聚二甲基矽氧烷」(PDMS)混合，等待熟化後，注入裝置中的兩個流道，形成很小且分開的兩個電極。在電極間的區域，注入含有乳癌或者肺癌細胞水凝膠和腫瘤，另外也注入健康的人類「內皮」(endothelial)細胞。如此建立一個模擬細胞外環境的立體組織。接下來，以100-200kHz的頻率、每平方公分1.1伏特的強度之持續電場，來影響這個模擬環境中的各種細胞。
實驗結果與未來發展
觀察發現，如果沒有任何電場影響，以上建立的模擬環境中的細胞會在兩天內快速生長和擴散；若給予連續三天的電場刺激，可以觀察到明顯的減緩腫瘤惡化，癌細胞增生減少；健康的內皮細胞也不受影響。就以上觀察讓科學家提出一個假設，就是健康細胞對電場的反應，可能和癌細胞是在不同的頻率。
目前FDA已經核准TTF治療癌症，不過整個開發過程非常長，歷經細胞體外和生物體體內實驗。若能有這樣的微流體裝置，可以快速找到針對不同癌細胞治療，合適的頻率和強度，將大幅增加實驗效率和減少花費。
文章參考：MIT News
圖片來源：SMART@MIT News CC BY-NC-ND 3.0
原文參考：Scientific Reports
