Mikrofluidisk system med celleadskillende kræfter kan afsløre, hvordan nye patogener angriber

At udvikle effektive terapier mod patogener, videnskabsmænd skal først afdække, hvordan de angriber værtsceller. En effektiv måde at udføre disse undersøgelser på i omfattende skala er gennem højhastighedsscreeningstest kaldet assays.

Forskere ved Texas A&M University har opfundet en high-throughput celleadskillelsesmetode, der kan bruges sammen med dråbemikrofluidik, en teknik, hvorved små dråber væske indeholdende biologisk eller anden last kan flyttes præcist og med høj hastighed. Specifikt, forskerne har med succes isoleret patogener knyttet til værtsceller fra dem, der var ubundne i en enkelt væskedråbe ved hjælp af et elektrisk felt.

"Udover celleadskillelse, de fleste biokemiske analyser er med succes blevet omdannet til mikrofluidiske dråbersystemer, der tillader test med høj gennemstrømning, " sagde Arum Han, professor ved Institut for Elektro- og Computerteknik og hovedefterforsker af projektet. "Vi har løst det hul, og nu kan celleadskillelse udføres på en måde med høj gennemstrømning inden for dråbemikrofluidplatformen. Dette nye system forenkler bestemt undersøgelse af vært-patogen-interaktioner, men det er også meget nyttigt til miljømikrobiologi eller lægemiddelscreening."

Forskerne rapporterede deres resultater i augustudgaven af ​​tidsskriftet Lab on a Chip .

Mikrofluidiske enheder består af netværk af kanaler eller rør i mikronstørrelse, der tillader kontrollerede bevægelser af væsker. For nylig, mikrofluidik, der bruger vand-i-olie-dråber, har vundet popularitet til en bred vifte af bioteknologiske anvendelser. Disse dråber, som er picoliter (eller en million gange mindre end en mikroliter) i volumen, kan bruges som platforme til at udføre biologiske reaktioner eller transportere biologiske materialer. Millioner af dråber inden for en enkelt chip letter eksperimenter med høj kapacitet, sparer ikke kun laboratorieplads, men også omkostningerne til kemiske reagenser og manuelt arbejde.

Biologiske assays kan involvere forskellige celletyper inden for en enkelt dråbe, som i sidste ende skal adskilles til efterfølgende analyser. Denne opgave er ekstremt udfordrende i et dråbemikrofluidsystem, sagde Han.

"At få celleadskillelse inden for en lille dråbe er ekstremt vanskeligt, fordi hvis du tænker over det, først, det er en lille dråbe med en diameter på 100 mikron, og for det andet, inden for denne ekstremt lille dråbe, flere celletyper er alle blandet sammen, " han sagde.

For at udvikle den nødvendige teknologi til celleadskillelse, Han og hans team valgte et værtspatogen modelsystem bestående af salmonellabakterierne og den menneskelige makrofag, en type immuncelle. Når begge disse celletyper introduceres i en dråbe, nogle af bakterierne hæfter sig til makrofagcellerne. Målet med deres eksperimenter var at adskille de salmonella, der knyttede sig til makrofagen, fra dem, der ikke gjorde det.

Til celleadskillelse, Han og hans team konstruerede to par elektroder, der genererede et oscillerende elektrisk felt i umiddelbar nærhed af dråben, der indeholder de to celletyper. Da bakterierne og værtscellerne har forskellige former, størrelser og elektriske egenskaber, de fandt ud af, at det elektriske felt frembragte en forskellig kraft på hver celletype. Denne kraft resulterede i bevægelse af en celletype ad gangen, adskille cellerne i to forskellige steder i dråben. For at adskille moderdråben i to datterdråber indeholdende én type celler, forskerne lavede også et nedstrøms Y-formet splittende kryds.

Han sagde, at selvom disse eksperimenter blev udført med en vært og et patogen, hvis interaktion er veletableret, deres nye mikrofluidiske system udstyret med in-drop separation er mest nyttigt, når patogeniciteten af ​​bakteriearter er ukendt. Han tilføjede, at deres teknologi gør det muligt hurtigt, high-throughput screening i disse situationer og til andre applikationer, hvor celleadskillelse er påkrævet.

"Væskehåndtering af robothænder kan udføre millioner af analyser, men er ekstremt dyre. Dråbemikrofluidik kan gøre det samme i millioner af dråber, meget hurtigere og meget billigere, Han sagde. "Vi har nu integreret celleseparationsteknologi i dråbemikrofluidsystemer, tillader den præcise manipulation af celler i dråber på en måde med høj kapacitet, hvilket ikke var muligt før."