Hydrodynamik i cellestudier

I samarbejde med ETH Zürich, vores team hos IBM Research – Zurich udgav en artikel, der gennemgår interaktionen mellem væskestrømme og biologiske celler. Vores arbejde blev vist på forsiden af ​​23. maj-udgaven af Kemiske anmeldelser , et højt citeret peer-reviewed videnskabeligt tidsskrift udgivet af American Chemical Society.

Artiklen fremhæver vigtigheden af ​​hydrodynamik i studiet af både adhærente og suspenderede cellekulturer og lægger vægt på at udnytte vigtige fysiske kræfter til at påvirke og manipulere celler i mikrofluidiske systemer.

En sådan artikel kan være en værdifuld ressource for life-science-forskere, ved at det giver den nødvendige information og værktøjer til at forstå og anvende hydrodynamiske effekter og fænomener i forbindelse med cellestudier. Det kan også være relevant for forskere, der går ind i dette tværfaglige felt.

Hydrodynamiske fænomeners rolle

Interessant nok, hydrodynamiske fænomener er kritiske i næsten alle fysiologiske funktioner og levende organismer. Et fremtrædende eksempel er det kardiovaskulære system, hvori hjertet - en mekanisk pumpe - opretholder blodgennemstrømningen gennem et indviklet netværk af blodkar. Sådanne hydrodynamiske fænomener er allestedsnærværende i levende organismer og kan bruges til at manipulere celler eller efterligne fysiologiske mikromiljøer oplevet in vivo. Hydrodynamiske effekter påvirker flere cellulære egenskaber og processer, herunder cellemorfologi, intracellulære processer, celle-celle signaleringskaskader og reaktionskinetik, og spiller en vigtig rolle ved encellet, multicelle- og organniveau.

Udnyttelse af hydrodynamiske effekter

I denne artikel, vi beskriver og formulerer den underliggende fysik af hydrodynamiske fænomener, der påvirker adhærente og suspenderede celler. Vi illustrerer også brugen af ​​mikroenheder, der kan udnytte hydrodynamikken og viser, hvordan udvalgte hydrodynamiske effekter kan udnyttes til at kontrollere mekaniske spændinger, analyt transport, samt lokal temperatur i cellulære mikromiljøer.

Med bedre forståelse af væskemekanik på mikrometerlængdeskala og i betragtning af fremskridt inden for mikrofluidteknologier, en ny generation af eksperimentelle værktøjer er ved at opstå. Sådanne værktøjer giver kontrol over cellulære mikromiljøer og efterligner fysiologiske forhold med udsøgt nøjagtighed. Det er derfor betimeligt at vurdere de koncepter, der ligger til grund for den hydrodynamiske kontrol af cellulære mikromiljøer og deres anvendelser for at få nogle perspektiver på fremtiden for sådanne værktøjer i in vitro-cellekulturmodeller.

Mod personlig medicin

Vi tror på, at opnåelse af dybere kendskab til væskemekanik og avancerede mikrofluidteknologier og -systemer vil have en betydelig indvirkning på forskellige områder såsom cellebiologi, lægemiddeludvikling og medicinsk diagnostik. In vitro-cellekultur- og organ-på-chip-modeller bliver stadig vigtigere i lægemiddelscreening og personlig medicin.