循环肿瘤细胞（Circulating tumor cells,CTCs）是指从原发肿瘤病灶脱落进入外周血循环系统的肿瘤细胞,是癌症远端转移的重要条件。循环肿瘤细胞团簇（CTC cluster）是指由≥2个CTCs组成的细胞团,具有更高的癌症转移潜力。血液中CTCs及CTC簇的基因、蛋白质组等分子信息可以反映患者的肿瘤负荷程度,有助于癌症的诊断、治疗和预后,对个性化治疗具有重要意义。但由于CTCs及CTC团簇在外周血中含量极其稀少,无法满足下游分子分析的数量要求,因此对血液中的CTCs进行分离、富集后,需要进一步通过体外培养技术扩增细胞数量。现有的CTCs体外扩增技术有两种,一种是基于酶降解等方法将捕获的CTCs从原位释放,之后再进行体外培养,但是这种方法会造成细胞损伤,导致培养成功率低的问题。另一种是捕获后CTCs原位培养,目前培养环境主要是液体培养基,与体内肿瘤生存环境相差很大。为了实现CTCs在体外的无损、高效扩增培养,本论文开发了CTCs捕获/培养一体化的新技术,利用课题组前期开发的纳米笼材料对单个肿瘤细胞及细胞球进行高效捕获,并协同基质胶实现对捕获细胞的三维原位培养,具体研究如下:1)制备结构可灵活调控的仿天然纳米笼结构的多孔材料。利用粒子堆积法制备模板,将Ti O2凝胶填充至模板间隙后,通过高温煅烧去除模板粒子,最终制备得到了表层孔径为385 nm、下层贯通孔径为110 nm的人工纳米笼结构,解决了花粉来源的天然纳米笼结构难以调控的问题。2)纳米笼材料对单个肿瘤细胞的捕获及原位二维培养。采用花粉来源的纳米笼材料高效捕获单个肿瘤细胞,并对捕获后的细胞进行原位培养,研究了培养基种类对细胞体外扩增的影响。发现相比于液态培养基,基质胶能够为细胞培养提供三维的支撑空间,有利于捕获细胞的快速增殖,从而实现了单个肿瘤细胞的原位二维培养。3)纳米笼材料对仿CTC团簇细胞球的捕获及原位三维培养。利用悬滴法制备细胞球,优化条件后,结果表明悬滴体积为20μL、细胞密度为5×10~3个/m L时可以制备出与体内CTC团簇直径（～150μm）相仿的细胞球。纳米笼材料对仿CTC团簇细胞球的捕获率在80%以上,协同基质胶对捕获的细胞球进行原位培养,细胞球会逐渐迁移至Matrigel中,实现了细胞球的原位三维培养。本论文构建了CTCs高效捕获及体外扩增一体化的新方法,其捕获效率高、对细胞无损伤,能够实现对捕获细胞球的原位三维培养,可以用于下游CTCs基因和蛋白质组分析,有助于癌症的诊断、治疗和预后监控。