荷叶被认为是自洁防水工程的先驱，其表面几乎能让水滴悬浮，独特的纹理将空气困在纳米级的脊状和褶皱中。
莱斯大学的生物工程师们利用莲花效应开发了一种新系统，用于培养癌细胞簇，以揭示难以研究的肿瘤特性。这种基于氧化锌的培养表面模拟了荷叶的表面结构，为高通量生成三维纳米肿瘤模型提供了一个高度可调的平台。
超疏水阵列设备（SHArD）由莱斯大学的生物工程师迈克尔·金及其合作者设计，旨在创建可调的、紧凑的、生理相关的模型，以研究癌症的进展，尤其是转移阶段，即癌细胞通过血流从原发肿瘤部位转移到身体其他部位的过程。
金教授指出：“转移研究是癌症死亡的主要原因之一，面临着特别的挑战，部分原因在于开发准确、高通量模型的困难。”他是发表在《ACS Nano》上的一项研究的通讯作者，该研究描述了这一新型培养平台。“我们希望这个工具能够揭示关于这一疾病新阶段的知识，并帮助我们确定干预方法，以阻止或预防其发生。”
科学家和临床医生目前依赖于血液样本中的循环肿瘤细胞——转移的关键标志物——来了解原发肿瘤的特性及导致癌症扩散的原因。这种方法通常被称为“液体活检”，但往往无法产生足够的“捕获”，以进行深入和大规模的研究。
金实验室的研究员亚历山大·卡特表示：“不幸的是，‘数量安全’同样适用于血液循环中的癌细胞。单独移动的癌细胞更容易受到剪切压力的破坏或免疫细胞的攻击。然而，当它们成群旅行时，成功到达并定居在身体其他部位的可能性就会增加。”
卡特补充道：“在一次抽血中发现的少数几个单独的癌细胞已经很罕见，因此分离出足够多的集群进行详细研究尤其具有挑战性。这就是为什么SHArD是一个令人兴奋的了解原发性和转移性癌症的新工具。”
金教授的实验室之前成功制造了纳米棒层的高岭土，这是一种天然存在的物质，其纹理促进循环肿瘤细胞的粘附，同时排斥血细胞。
金教授回忆道：“当Kalana Jayawardana在2018年作为一名新的博士后加入我们的实验室时，他开始试验生长氧化锌纳米棒表面。起初，我们并没有想到具体的应用，但我们很好奇，并希望这种新材料在癌症生物学中具有特殊的性能。”
该项目后来由金实验室的博士生Maria Lopez-Cavestany接手，并朝着一个令人兴奋的方向发展。Cavestany目前是该研究的第一作者。
研究人员在成功生长出一个稳定的氧化锌纳米管“地毯”后，添加了一层类似聚四氟乙烯的涂层，重现了荷叶的结构，结合了纳米级粗糙度与疏水层，产生了真正的超疏水性。为了创建SHArD，研究人员添加了一个具有完美大小的隔间的微井网格，并对系统进行了性能评估。
卡特表示：“SHArD已经准备好用于生物医学研究，任何有洁净室访问权限的实验室都可以遵循我们的协议，创建满足其特定研究项目需求的平台版本。”
SHArD的初衷是作为一种手段，可靠地培养原发肿瘤模型以实现更高的吞吐量。它的高度可调性使其能够轻松适应转移性簇的培养。SHArD已成功用于培养原发性肿瘤的球形模型，这一事实扩展了癌症建模工具包，使在缺乏高度专业化设备的情况下创建超疏水培养设备成为可能。
金教授总结道：“这种形成簇状细胞的装置为研究晚期癌症患者血液中危险簇状细胞的新领域打开了大门。”
更多信息请参见Maria Lopez-Cavestany等人的研究，题为《用于增强3D癌症模型形成的超疏水阵列设备》，发表于《ACS Nano》（2024）。DOI: 10.1021/acsnano。
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希望本篇文章《生物工程师借鉴荷叶设计新型癌症研究系统》能对你有所帮助！
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