La scienza sta diventando più piccola. Dai nuovi materiali bidimensionali ai nano-robot, molti degli ultimi progressi vengono fatti su scale impossibili da vedere con l'occhio umano.

L'ultima tecnica per scuotere le cose a livello micro è un modo per intrappolare e studiare le singole cellule viventi per cercare di capire perché non funzionano correttamente quando sono malate. Fino ad ora, gli scienziati lo hanno fatto con "microtrappole" di elettrodi e reti di canali altamente complesse intagliate in trucioli di plastica.

Ma ora c'è un modo per analizzare fino a milioni di cellule contemporaneamente inserendole all'interno di minuscole goccioline di acqua in olio non molto più grandi delle cellule stesse. Ciò potrebbe accelerare enormemente gli sforzi per identificare le cellule malate, trovare nuove molecole di farmaci o nuovi modi per diagnosticare la malattia.

I giorni in cui gli scienziati effettuavano esperimenti mescolando sostanze chimiche in grandi boccette di vetro sono ormai lontani. Oggi, i test vengono eseguiti in vassoi punteggiati da una serie di fori "microwell" che significano che sono necessari solo pochi microlitri (milionesimi di litro) di ogni campione. La difficoltà con l'andare molto più piccolo è che è difficile spostare il liquido su questa scala perché le gocce davvero minuscole tendono ad aggregarsi o ad evaporare.

Sebbene il potenziale di incapsulare singole cellule sia stato identificato già negli anni '50, il campo delle goccioline ha davvero preso il passo con l'emergere di tecnologie di fabbricazione prese in prestito dall'industria dei semiconduttori.

La soluzione di microgoccioline consiste nel separare e proteggere ogni picolitro (un trilionesimo di litro) di acqua avvolgendola nell'olio. Per fare questo, si alimenta l'acqua e l'olio attraverso minuscoli tubi in un dispositivo "microfluidico" e li si costringe a incontrarsi in una giunzione incrociata dove si combinano in singole microgoccioline. Questo può creare molte migliaia di minuscoli reattori chimici identici al secondo.

Altri dispositivi microfluidici possono essere utilizzati per combinare, dividere o ordinare le goccioline, proprio come uno scienziato potrebbe fare su larga scala con una pipetta Prodotti chimici appositamente formulati all'interfaccia tra l'acqua e l'olio mantengono le goccioline stabili per giorni interi.

Trovare un ago cellulare in un pagliaio

Le goccioline sono una proposta interessante per affrontare i problemi dell'ago nel pagliaio, come isolare cellule molto rare con una mutazione unica o una composizione molecolare. Per esempio, le cellule di un tumore a volte possono staccarsi e circolare attraverso il flusso sanguigno, potenzialmente causa di cancro in altre parti del corpo (metastasi). Trovare un modo per rilevare queste cellule tumorali circolanti (CTC) fornirebbe essenzialmente un aggiornamento dell'analisi del sangue sullo stato del cancro di un paziente. Ma sono molto difficili da trovare perché esistono a concentrazioni di appena uno per 10 ml di sangue. L'utilizzo di una tecnica a microgoccioline potrebbe consentire ai medici di setacciare rapidamente le cellule del campione di sangue di un paziente per trovare una CTC.

Le tecniche di microgoccioline possono persino aiutare a confinare le molecole di DNA insieme alle proteine ​​prodotte da geni specifici, come biocatalizzatori o enzimi che aiutano a consentire determinate reazioni chimiche in un organismo vivente. Ciò significa che possiamo trovare rare mutazioni del DNA che si traducono in biocatalizzatori più efficienti, un processo chiamato evoluzione diretta. Questo è utile perché molti biocatalizzatori sono responsabili delle reazioni necessarie per i processi industriali, dal lavaggio con detersivi in ​​polvere alla produzione di biocarburanti.

Oggi, il processo di screening delle librerie genetiche con milioni di membri codificati sta diventando sempre più di routine. Un'altra promettente applicazione è l'utilizzo di campioni ambientali nella ricerca di molecole che potrebbero essere utilizzate come antibiotici o agenti antitumorali. Allo stesso modo, i ricercatori possono valutare raccolte di anticorpi con la speranza di trovarne uno che possa funzionare come farmaco.

Le tecniche di microgoccioline hanno i loro limiti. Per esempio, piccole molecole a volte possono diffondersi attraverso la fase oleosa creando goccioline in effetti compartimenti che perdono. Eppure ci sono ancora molti potenziali progressi da fare. Per esempio, si può immaginare una medicina veramente personalizzata in cui molti farmaci diversi vengono rapidamente testati su molte diverse cellule del paziente per trovare quale sia meglio prescrivere. Le microgoccioline hanno avuto solo un decennio di utilizzo. Pensa a cosa potrebbero ottenere in futuro.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.