Stor dråbesortering nu mulig ved høje hastigheder

Bioingeniører fra UCLA og University of Tokyo har øget den hastighed, hvormed store væskedråber, potentielt indeholdende individuelle levende celler, kan sorteres intakt og i løs vægt.

Ifølge forskning offentliggjort i Videnskabens fremskridt , fremskridtet kan føre til hurtigere screening - 20 gange hurtigere end de nuværende teknologier - for produkter fremstillet af celler, såsom biobrændstoffer eller antistoffer.

Dråbemikrofluidisk teknologi er blevet kraftfulde værktøjer inden for medicin og bioteknologi. Inde i disse mikrofluidiske enheder er der små baner, der hjælper med at lede millioner af væskedråber, som fungerer som miniaturereagensglas til at dyrke celler og fremme kemiske reaktioner. Dråber, der indeholder unik vækst eller reaktioner, kan automatisk sorteres for at isolere celler af interesse fra resten.

Mindre dråber, omkring en tredjedel af tykkelsen af ​​et menneskehår i diameter, tidligere har været brugt til at dyrke eller reagere celler i et par timer. Den mindre masse af disse dråber gør dem lettere at sortere ved høje hastigheder efter instrumenter.

Men dråberne er ikke store nok til at tillade vækst og langsigtet overlevelse af de fleste celler. Forøgelse af diameteren af ​​en dråbe lidt mere end to gange resulterer i 10 gange så meget volumen, nok til helt at omslutte en celle med en rigelig pude. Den flydende pude kan holde celler i live meget længere og endda tillade dem at vokse og dele sig inde i dråben.

Imidlertid, disse større dråber går i stykker under behandling i tidligere systemer, mest på grund af deres højere inerti, da de blev flyttet rundt.

"Indtil nu, de langsommere hastigheder, der kræves for at flytte disse større dråber, mindsker mange af fordelene ved at bruge mikrofluidik, så vi satte os for at ændre det, " sagde Dino Di Carlo, UCLA's Armond og Elena Hairapetian professor i teknik og medicin og en af ​​seniorforfatterne på undersøgelsen. "Nøglen i denne forskning er:i stedet for at anvende et meget stærkt elektrisk felt på én gang for at flytte og sortere en dråbe, som normalt river dråberne fra hinanden, vi anvender et meget mindre elektrisk felt omkring hver dråbe mange gange på en sekventiel måde, for langsomt at aflede den fra sin vej. Forestil dig at afbøje en ballon med mange små blæsere, alle justeret og synkroniseret til kun at blæse, når ballonen passerer, versus at bruge en stor vildt turbulent blæser."

hans forskere demonstrerede teknikken ved at bruge store dråber med en række forskellige celler, herunder kræftceller, stamceller, mikroalger og gær. De fandt ud af, at den nye metode kunne holde celler i live, vokser og udskiller biologiske produkter længere i de større dråber og giver holdet mulighed for at sortere cellerne ved meget højere hastigheder. Fremskridtet bringer automatiseret sorterings- og analytisk behandlingshastighed af store dråber på linje med mindre dråber.

"Dette åbner nogle nye veje inden for fremstilling af biologisk og celleterapi, præcisionsmedicin, regenerativ medicin og grøn bioteknologi, " sagde Di Carlo. "F.eks. vi kan nu inkubere og dyrke alle slags celler og derefter bruge mikrofluidisk behandling til at søge efter celler med særlige vigtige vækst- eller produktionsegenskaber. Dette kunne omfatte at finde de mest lovende T-celler til at bekæmpe kræftsygdomme, eller celler, der udskiller antistoffer mod infektionssygdomme såsom COVID-19."

Di Carlo sagde, at teknikken kunne anvendes på landbrugsbaserede bioteknologier, fordi systemet kunne sortere alger, der er nødvendige for biobrændstoffer eller vitaminproduktion, hurtigere.