1.超高通量微流控“力学筛选”，揭示高转移癌细胞亚群

近日，新加坡国立大学Chwee Teck Lim（林水德）教授、山西农业大学Shaofei Shen（申少斐）教授与南方科技大学Xingyu Jiang（蒋兴宇）教授团队合作，在国际综合性学术期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）在线发表题为 “High-throughput deformability-based microfluidic sorting reveals metastatic cancer subpopulations” 的研究论文。林水德、申少斐和蒋兴宇为论文共同通讯作者。论文于2026年8月4日在线发表。

该研究开发了一种基于细胞形变能力的超高通量、无标记微流控分选平台，可根据细胞自身的力学特性对活细胞进行快速分选，最高处理通量超过每分钟200万个细胞，并可与实时图像分析相结合，对分选细胞进行同步表型表征。利用这一平台，研究团队进一步揭示了癌细胞形变能力、细胞骨架及蛋白表达特征与肿瘤转移能力之间的关联，为高风险癌细胞亚群的富集分析以及肿瘤转移机制研究提供了新的技术路径。

2. 从“测量细胞软硬”，走向“把不同软硬的细胞真正分开”

肿瘤转移是一个复杂的多阶段过程。癌细胞需要从原发肿瘤中脱离，穿越致密的细胞外基质和狭窄组织间隙，进入血液循环，随后再次穿过血管壁并最终在远端组织定植。

在这一过程中，癌细胞不仅需要一系列分子和信号通路的调控，还必须具备很强的“变形能力”——面对比自身尺寸更狭窄的空间，细胞需要快速改变形态并完成穿越。因此，细胞形变能力（deformability）正在成为反映癌细胞恶性程度和转移潜能的重要力学表型。

然而，对于细胞力学研究来说，一个长期存在的难题是：能够测量细胞形变能力，并不等于能够按照形变能力把大量活细胞快速分开。传统基于微柱、微障碍或狭窄通道的分选方式，常常受到细胞与微结构接触、堵塞风险、通量以及长期运行稳定性的限制；实时形变细胞术（RT-DC）虽然已经可以实现每秒约100至1000个细胞的力学分析，但如果希望从数以百万计的细胞中进一步富集少量具有特殊力学特征的细胞亚群，仍然需要更高通量、更加稳定并能够支持后续活细胞研究的分选技术。PNAS论文也将现有RT-DC的典型分析速度概括为约100—1000个细胞/秒。

3. 每分钟超200万细胞：给癌细胞做一次“力学筛选”

针对这一问题，研究团队研发了一种微结构辅助的螺旋微流控分选平台（microstructure-assisted spiral microfluidic platform）。简单来说，微流控技术就是将传统实验室中的细胞输运、分选和分析等过程集成到一块尺寸仅为厘米量级的芯片中。当大量细胞随着液体高速通过微米尺度通道时，研究人员可以利用细胞大小、形态、形变能力等物理性质的差异，实现连续化分离。与普通螺旋微通道不同，该团队在螺旋通道内壁引入了周期性排列的微结构，进一步调控细胞在流场中的受力和运动轨迹。形变能力不同的细胞在通道内表现出不同的横向迁移行为，其中更易形变的细胞受到额外的形变诱导升力（deformability-induced lift force）作用，从而产生可用于分选的位置差异，并最终从不同出口被收集。

这一设计使平台实现了超过2,000,000个细胞/分钟的超高处理通量。更重要的是，整个分选过程属于被动式、无标记分选，不需要依赖荧光染料或特异性抗体作为分选依据，而且研究显示分选过程不会显著影响细胞活性，因此获得的细胞还可以继续用于培养、迁移侵袭实验及分子生物学分析。与此同时，研究人员还将分选过程与实时图像表型分析相结合，使“分选”和“观察”能够在同一研究流程中衔接起来。这意味着，研究人员不仅可以知道“哪些细胞更容易变形”，还能够把这些细胞高速富集出来，再进一步研究它们为什么更危险。

4. 越容易“变形”的癌细胞，迁移和侵袭能力越强

利用这一平台，研究团队对具有转移潜能的人乳腺癌细胞进行了系统研究，包括MDA-MB-231和BT-549等细胞系，并按照形变能力将癌细胞进一步划分为不同亚群。结果显示，一个非常明确的规律出现了：形变能力越强的癌细胞亚群，也表现出更强的迁移和侵袭能力。实验中，更易形变的细胞亚群，其迁移和侵袭能力约为较不易形变细胞的2—3倍。进一步分析发现，这种差异并不仅仅表现为细胞“软硬”不同。不同力学表型的癌细胞还呈现出明显不同的细胞骨架重塑特征以及与上皮—间质转化（EMT）相关的蛋白表达特征。换句话说，细胞的力学状态与其内部生物结构、蛋白表达以及转移相关行为之间存在紧密联系。

这一发现建立起了一个值得关注的关联链条：细胞形变能力 → 细胞骨架与蛋白表达变化 → 迁移和侵袭能力增强。研究由此表明，细胞形变能力有望作为一种无需分子标记即可利用的内源性生物物理标志物，用于快速富集具有更强侵袭性和转移潜能的癌细胞亚群。

5. 从癌症转移研究到药物筛选：打开更多应用空间

该研究的重要意义，不仅在于将细胞形变能力的分析速度进一步提升，更在于实现了从“力学表型测量”向“力学表型驱动的活细胞分选”的推进。对于肿瘤研究而言，高转移潜能细胞往往只是复杂肿瘤细胞群体中的一部分。如果能够直接根据细胞自身的物理力学特征，将这些高风险亚群从海量细胞中快速富集出来，研究人员就可以进一步开展转录组、蛋白组、药物响应、细胞培养等研究，从而更深入地理解肿瘤异质性及转移机制。

此次研究将微流控工程、细胞力学和肿瘤生物学有机结合，通过超过每分钟200万个细胞的超高通量“力学筛选”，不仅建立了一种高效、无标记的活细胞分选技术，也进一步揭示了癌细胞形变能力与转移潜能之间的重要联系，为肿瘤转移机制研究、液体活检、精准医疗以及新型抗癌药物筛选提供了新的技术基础。

论文全文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2604094123