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本文报道了一种新型微流控装置DACIT，解决了传统模型难以在解剖学相关条件下研究外周神经元与癌细胞相互作用的问题。该平台通过物理隔离神经元胞体与轴突，支持2D和3D共培养，兼容高分辨率成像及药理学干预，为揭示神经浸润在肿瘤进展中的机制提供了强大工具。
当科学家们试图理解癌症如何与神经系统"对话"时，他们面临着一个特殊的挑战：在人体内，神经元的胞体安居在远离肿瘤的神经节中，仅通过细长的轴突与癌细胞建立联系。这种独特的解剖结构使得传统的培养皿共培养模型难以真实模拟生理状况。更棘手的是，常规培养液中的高浓度谷氨酸对神经元具有毒性，而初级背根神经节(DRG)培养中混杂的施万细胞等非神经元细胞又会干扰实验结果的解读。正是为了突破这些技术瓶颈，研究团队开发出了名为DACIT的创新型研究工具。
这项发表于《iScience》的研究，旨在创建一个能够精确模拟体内神经-癌细胞相互作用微环境的实验平台。研究人员巧妙地将微流控技术与细胞生物学需求相结合，设计了一种具有空间分隔功能的培养系统。
研究团队采用多层光刻技术制备SU-8母模，通过两次旋涂-烘烤-曝光循环构建了高达700微米的通道层，这一高度显著超过常规设备的50-100微米，为三维肿瘤球体的自由生长和侵袭提供了充足空间。装置核心包含两个平行通道，通过300微米长、仅3微米高的微沟槽阵列相连，这种设计确保只有轴突能穿越隔室，而细胞体则被有效限制在各自区域。装置采用氧等离子体键合实现PDMS与盖玻片的永久密封，避免了长期培养中的细胞迁移问题。为满足不同实验需求，团队还设计了可同时容纳六个DACIT的3D打印支架和具有优良导热性的铝制支架，用于长时间活细胞成像。
DACIT层设计和SU-8母模制备
研究人员通过硬质和软光刻技术开发了这一微流控平台。设计包含两个关键层：微沟槽层和通道层。采用SU-8 3000环氧树脂进行多层光刻，首先图案化微沟槽层，随后通过两次旋涂-烘烤循环构建700微米厚的通道层。最终母模包含四个相同的DACIT图案，可通过平滑铸造复制同时生成多达20个设备。
DACIT实现细胞和流体分区
通过调控两个隔室的培养基加载体积（神经元隔室200μL，轴突隔室150μL），DACIT可实现稳定的流体隔离，即使对于小至3kDa的荧光葡聚糖分子也能保持48小时以上的分区效果。相反，当两个隔室加载等体积培养基（各200μL）时，分子可在6小时内达到扩散平衡。细胞实验证明，无论是小鼠PC12细胞系还是初级DRG神经元，其胞体均被限制在神经元隔室内，而轴突能顺利通过微沟槽长入轴突隔室。
二维检测中评估神经元和癌细胞行为的实例
利用表达GCaMP6f的初级感觉神经元，研究人员成功监测了神经元内钙波动。在基础条件下，仅少数神经元表现出钙峰值，而通过轴突隔室添加辣椒素（capsaicin，感觉神经元激动剂）或KCl（诱导全局钙内流）后，响应神经元数量显著增加。此外，研究还展示了DACIT在可视化轴突-癌细胞接触、E-钙粘蛋白（E-cadherin）表达以及通过荧光明胶降解实验定量癌细胞侵袭伪足（invadopodia）形成等方面的应用能力。
DACIT中的三维球体侵袭实验
研究团队通过悬滴法生成50细胞球体，将其嵌入胶原/基质胶（Matrigel）细胞外基质(ECM)后加载到DACIT的轴突隔室。与标准3D侵袭实验结果一致，球体在24小时后开始侵袭，48小时形成侵袭 strand。经基质金属蛋白酶(MMP)抑制剂GM6001处理的球体侵袭速度减慢，并保持更高的圆形度。通过荧光标记胶原证实，侵袭过程中球体完全嵌入3D ECM内，且多个轴突与侵袭 strand中的癌细胞存在直接物理相互作用。
研究结论强调，DACIT成功建立了能够同时支持2D和3D条件下轴突与癌细胞相互作用研究的平台。其独特的隔室化设计不仅实现了细胞空间分隔，还允许对神经元胞体和轴突端进行差异化的培养基条件和药物处理。该装置与免疫荧光、活细胞成像、钙成像、侵袭伪足检测和3D球体侵袭等多种实验技术的兼容性，使其成为研究外周神经在肿瘤进展中作用的强大工具。值得注意的是，DACIT的高度灵活性使其不仅适用于癌细胞研究，还可扩展至神经元与免疫细胞、内皮细胞或肌肉细胞相互作用的探索。随着人多能干细胞(iPSC)分化为功能性外周神经元技术的成熟，DACIT有望进一步与患者来源类器官结合，构建更具临床相关性的人源化研究模型，为开发针对肿瘤神经支配的新型治疗策略提供重要平台。
研究的局限性包括：DACIT目前可容纳直径最大700微米的球体或类器官，虽然通过增加涂层循环理论上可进一步提高通道高度，但会增加母模制备难度和稳定性风险；永久键合虽保证了长期培养的隔室稳定性，但降低了细胞、蛋白质或RNA回收效率；此外，长时间4D成像需要注射泵防止干燥。这些技术细节为后续设备优化指明了方向。
