过继细胞疗法
（ACT）作为一种新兴的癌症治疗方法，展现了巨大的临床潜力。然而，当前这一领域的发展仍面临许多挑战，特别是在细胞制造过程中，复杂且高成本的生产流程限制了其广泛应用。此外，ACT在不同患者之间的疗效差异也影响了其临床效果。为了克服这些障碍，
微流控技术
（MPS）和其他流体装置的应用为细胞治疗的生产提供了新的解决方案。通过精确控制细胞的采集、分离、编辑、培养和筛选过程，MPS能够提高细胞生产的可扩展性、增强疗效的一致性，并降低治疗成本。
2025年2月14日，
美国陈扎克伯格生物研究所
(Chan Zuckerberg Biohub)研究组长
王宗杰
（第一作者）和
Shana O. Kelley
（通讯作者）两人在
Nature Biomedical Engineering
期刊上发表了一篇名为：Microfluidic technologies for enhancing the potency, predictability and affordability of adoptive cell therapies的综述。
该综述探讨了如何在免疫细胞治疗的每个制造阶段中有效应用这些技术，从而推动该领域的技术进步，并提升治疗的普及性和可获得性。
MPS技术改进ACT制造过程
ACT通过移植免疫细胞来治疗癌症，近年来已取得显著进展，特别是在血液癌症治疗中取得了FDA批准。然而，ACT的个性化生产流程复杂且成本高昂，且疗效存在患者间差异。MPS技术通过精确操作微小流体体积，能够提高细胞采集、分离、编辑、培养、筛选和质量评估的效率，提升疗法的一致性和可预测性。
图1：用于癌症治疗的过继细胞疗法。
免疫细胞的采集
ACT的细胞来源包括肿瘤切除、外周血和诱导多能干细胞（iPSCs）。肿瘤切除后，采用机械和酶解方法将组织解离为单细胞悬液，进行免疫细胞筛选和扩增。外周血则通过白细胞分离术（leukapheresis）提取免疫细胞，成本较高，且操作复杂。MPS技术在细胞分离中提供了更高效、低成本的替代方法，例如基于细胞大小的微滤和惯性聚焦技术，已显示出高纯度的白细胞分离。iPSCs因其自我更新能力和分化潜力，成为生成大规模治疗性免疫细胞的理想选择，但重编程效率低且分化成成熟免疫细胞仍面临挑战。
图2：用于ACT的免疫细胞采集。
治疗细胞的分离
细胞治疗中的治疗细胞通常是免疫细胞亚群体。例如，CAR T细胞疗法中需要富集CD3+ T淋巴细胞，而CD19+ B淋巴细胞则应尽量减少。常规的细胞分选方法包括荧光激活细胞分选（FACS）和磁激活细胞分选（MACS）。FACS通过流式分选和荧光标记抗体实现高纯度细胞分离，但其通量较低，适用于研究而非大规模生产。MPS技术提升了FACS的通量和细胞活力，且减少了细胞应力。MACS则利用磁珠捕获特定细胞，适合大规模生产。MPS技术在MACS中已被用于提高分离效果，减少非特异性捕获，且可以定量捕获免疫细胞。整体而言，MPS技术提升了细胞分选的效率、可扩展性和精准性。
图3：用于ACT的治疗细胞分选。
细胞编辑与扩增
细胞治疗中，免疫细胞在分离后需进一步选择和扩增，以提高其功能性和数量。常见的过程包括通过反应性工程增强肿瘤反应性、基因编辑引入CAR或TCR后进行扩增。目前，基因编辑常使用病毒载体，但存在基因毒性风险，且成本高。为此，MPS技术提供了非病毒的基因编辑方式，如电穿孔和机械穿孔，具有较高的细胞转染效率。此外，MPS技术也用于生产LNPs（脂质纳米粒子）以支持CRISPR–Cas9编辑。MPS生物反应器可提高细胞扩增密度，减少培养介质体积，促进细胞治疗的制造去中心化。
图4：用于ACT的治疗细胞基因编辑与扩增。
治疗细胞的功能筛选
通过表面蛋白表达、TCR亲和力、细胞因子分泌、细胞毒性及生物力学特性（如细胞刚度）等因素筛选功能强的免疫细胞。MPS技术（如流动式系统和凝胶微滴）能够高通量地分析这些特性，进行实时监测和精确排序，从而改善细胞选择过程。创新的细胞因子分泌、TCR亲和力和变形性测量方法，有望提升ACT治疗效果，并为ACT制造和质量控制提供更有效的方案。
图5：用于治疗细胞功能筛选的MPS检测。
效能评估与预测
MPS能够模拟生理环境，帮助预测细胞治疗的疗效和毒性，尤其是通过评估肿瘤杀伤能力、免疫应答及心脏毒性等方面。研究显示，MPS能更准确地反映治疗结果，尤其是在肿瘤微环境和免疫调节细胞影响下。尽管如此，MPS技术仍需标准化和优化，以实现临床广泛应用。
图6：用于治疗效能评估与预测的微生理系统。
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小结
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本文讨论了MPS技术在过继细胞治疗（ACT）中的应用前景，特别是在简化制造过程和提高治疗效果预测方面。MPS系统可用于细胞收集、分离、培养、编辑和效能评估，已在临床试验中取得初步成果。然而，仍面临设备集成、标准化、患者样本验证等挑战。未来研究应聚焦于设备的小型化、模块化和与人工智能结合，以提高治疗效果预测和快速制造能力。此外，MPS技术有望降低ACT治疗成本并扩展其临床应用。
