I bioingegneri dell'UCLA e dell'Università di Tokyo hanno notevolmente aumentato la velocità con cui grandi goccioline di liquido, potenzialmente contenente singole cellule vive, possono essere ordinati intatti e alla rinfusa.
Secondo una ricerca pubblicata su Progressi scientifici , il progresso potrebbe portare a uno screening più rapido - 20 volte più veloce delle tecnologie attualmente disponibili - per i prodotti fabbricati da cellule, come biocarburanti o anticorpi.
Le tecnologie microfluidica delle goccioline sono diventate potenti strumenti in medicina e biotecnologia. All'interno di questi dispositivi microfluidici ci sono minuscole corsie che aiutano a instradare milioni di gocce di fluido, che fungono da provette in miniatura per far crescere le cellule e favorire reazioni chimiche. Le gocce che contengono crescita o reazioni uniche possono essere ordinate automaticamente per isolare le cellule di interesse dal resto.
Goccioline più piccole, circa un terzo dello spessore di un capello umano di diametro, sono stati precedentemente utilizzati per far crescere o reagire le cellule per alcune ore. La massa più piccola di queste goccioline le rende più facili da smistare ad alte velocità dagli strumenti.
Ma le goccioline non sono abbastanza grandi da consentire la crescita e la sopravvivenza a lungo termine della maggior parte delle cellule. Aumentando il diametro di una gocciolina di poco più del doppio si ottiene un volume 10 volte maggiore, abbastanza per avvolgere completamente una cella con un ampio cuscino. Quel cuscino liquido può mantenere in vita le cellule molto più a lungo e persino consentire loro di crescere e dividersi all'interno della gocciolina.
Però, queste goccioline più grandi si rompono durante l'elaborazione nei sistemi precedenti, principalmente a causa della loro maggiore inerzia mentre venivano spostati.
"Fino ad ora, le velocità più lente richieste per spostare queste goccioline più grandi riducono molti dei vantaggi dell'uso della microfluidica, quindi abbiamo deciso di cambiarlo, " disse Dino Di Carlo, Armond ed Elena Hairapetian Professor dell'UCLA in Ingegneria e Medicina e uno degli autori senior dello studio. "La chiave di questa ricerca è:invece di applicare un campo elettrico molto forte tutto in una volta per spostare e ordinare una goccia, che di solito fa a pezzi le goccioline, applichiamo un campo elettrico molto più piccolo attorno a ciascuna goccia molte volte in modo sequenziale, per deviarlo lentamente dal suo percorso. Immaginate di deviare un pallone con tante piccole ventole tutte allineate e sincronizzate per farle scoppiare solo quando il pallone passa, invece di usare una grande ventola selvaggiamente turbolenta".
i ricercatori hanno dimostrato la tecnica utilizzando grandi goccioline con una varietà di cellule, comprese le cellule tumorali, cellule staminali, microalghe e lievito. Hanno scoperto che la nuova metodologia potrebbe mantenere in vita le cellule, crescere e secernere prodotti biologici più a lungo nelle goccioline più grandi e consentire al team di selezionare le cellule a velocità molto più elevate. L'avanzamento porta lo smistamento automatizzato e la velocità di elaborazione analitica delle gocce di grandi dimensioni in linea con quella delle gocce più piccole.
"Questo apre nuove strade nella produzione di terapie biologiche e cellulari, medicina di precisione, medicina rigenerativa e biotecnologia verde, " Di Carlo ha detto. "Per esempio, ora possiamo incubare e far crescere tutti i tipi di cellule e quindi utilizzare l'elaborazione microfluidica per cercare cellule con particolari caratteristiche di crescita o produzione importanti. Ciò potrebbe includere la ricerca delle cellule T più promettenti per combattere i tumori, o cellule che secernono anticorpi per malattie infettive come il COVID-19".
Di Carlo ha affermato che la tecnica potrebbe applicarsi alle biotecnologie basate sull'agricoltura perché il sistema potrebbe selezionare le alghe necessarie per i biocarburanti o la produzione di vitamine a ritmi più rapidi.
