Lo smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza (FACS) è una moderna tecnica di analisi cellulare per il rilevamento quantitativo di fattori fisiologici, biochimico, immunologico, e tratti biologici molecolari delle cellule:può ulteriormente separare un sottoinsieme specifico di popolazioni cellulari da campioni biologici complessi. Sebbene l'attuale FACS commerciale abbia una capacità di smistamento delle cellule abbastanza accurata, soffre ancora di alcune limitazioni intrinseche. Primo, l'attuale FACS commerciale è di dimensioni ingombranti ed estremamente costoso, e di solito può essere offerto solo da strutture utente condivise. Secondo, l'attuale meccanismo di smistamento richiede la generazione di aerosol contenenti cellule attraverso un piccolo ugello, che può indurre grandi sforzi di taglio, provocando danni alle cellule. Quindi, c'è una grande necessità di sviluppare un approccio semplice e biocompatibile per ordinare le cellule biologiche non solo con elevata purezza, ma anche mantenendo un'elevata vitalità e funzionalità delle cellule.

In questo studio, un team di ricerca della Singapore University of Technology and Design (SUTD) guidato dal Professore Associato Dr. Ye Ai, in collaborazione con l'assistente professore Chrishan Ramachandra del National Heart Centre Singapore (NHCS), ha sviluppato un sistema di smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza acustica senza guaina (aFACS) per il rilevamento e l'isolamento della fluorescenza a livello di singola cellula. Il dispositivo di smistamento microfluidico utilizza la messa a fuoco di particelle elasto-inerziali per allineare le cellule in un unico file per migliorare l'accuratezza e l'efficienza dello smistamento senza diluizione del campione. Il dispositivo di smistamento sviluppato può focalizzare efficacemente particelle da 1 μm che rappresenta la dimensione minima generale per la maggior parte delle applicazioni di smistamento cellulare. All'interrogazione della fluorescenza a livello di singola cellula, le singole cellule vengono deviate verso l'uscita bersaglio da un campo acustico altamente focalizzato largo 50 μm. L'uso di una forza acustica delicata nell'aFACS sviluppato fornisce una soluzione di smistamento più biocompatibile per aiutare i ricercatori a isolare le loro cellule bersaglio, mantenendo un'elevata vitalità cellulare.

Il principale ricercatore clinico, il dott. Chrishan, ha dichiarato:"I cardiomiociti umani (CM) derivati ​​da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) hanno mostrato un enorme potenziale per comprendere i meccanismi di varie malattie cardiache. Poiché questi iPSC-CM sono generati su base individuale, comprendono il corredo genetico di quel particolare individuo e con esso, qualsiasi predisposizione alle malattie cardiache. Questi iPSC-CM potrebbero quindi essere utilizzati per modellare malattie cardiache intrinseche in una capsula di Petri e servire anche come piattaforma di screening dei farmaci per identificare nuovi, terapie specifiche per il paziente. Però, la capacità di purificare questi iPSC-CM è una delle principali limitazioni nel campo. Le tecniche esistenti utilizzate per la purificazione provocano una sostanziale morte cellulare. Avere una tecnologia in grado di purificare gli iPSC-CM, pur mantenendo la loro vitalità è altamente vantaggioso per il campo della ricerca cardiaca".

Il ricercatore principale tecnico Dr. Ai ha dichiarato:"Rispetto ai sistemi FACS commerciali, il nostro aFACS dimostra un'eccellente biocompatibilità nello smistamento di cellule biologiche fragili come iPSC-CM. Inoltre, il dispositivo di smistamento acustico senza guaina è in grado di prevenire la diluizione del campione e la contaminazione incrociata utilizzando un singolo ingresso senza generazione di aerosol. È in grado di raggiungere una purezza di cernita e un tasso di recupero superiore al 90%, e causano solo un calo molto minore della vitalità cellulare nell'intervallo del 3-4%. Con gli stessi campioni di cellule di prova, la vitalità cellulare dopo uno smistamento FACS commerciale scende del 35-45%."