La microscopia a fluorescenza offre ai ricercatori un potere incredibile per illuminare le strutture più piccole e catturare le attività in tempo reale delle cellule vive etichettando le molecole biologiche con un vero e proprio arcobaleno di coloranti fluorescenti. Questa potenza ha un costo:la tecnologia può essere costosa e dispendiosa in termini di tempo e, finora, ha resistito ai tentativi di automazione.

Questa situazione potrebbe tuttavia cambiare, con l'introduzione di piattaforme basate su chip microfluidi. Una di queste piattaforme di nuova concezione è stata sviluppata da un team di ricercatori giapponesi. Il loro sistema consente agli scienziati di visualizzare rapidamente le cellule fluorescenti cresciute all'interno del chip utilizzando un sensore di immagine CMOS, la stessa tecnologia che si trova nella fotocamera di uno smartphone. Il nuovo sistema, descritto questa settimana in I progressi dell'AIP , ha numerosi usi potenziali nella ricerca biomedica.

"I microscopi ottici convenzionali da tavolo sono strumenti potenti per i ricercatori, ma non sono veramente adeguati per sistemi completamente automatizzati a causa della spesa e della necessità di tecnici ben preparati, " disse Hiroaki Takehara, che ricerca dispositivi di elaborazione cellulare automatizzati presso l'Università di Tokyo ed è uno degli autori dello studio.

Per sviluppare un sistema su chip, ha collaborato con il coautore Jun Ohta del Nara Institute of Science and Technology, un esperto nella tecnologia dei sensori di immagine CMOS.

Altri gruppi hanno sviluppato in precedenza sistemi di microscopia fluorescente basati su chip, ma quelle configurazioni richiedevano che il campione si trovasse direttamente sul chip del sensore di immagine, che introduce il rischio di contaminazione incrociata. Questi sistemi non possono essere veramente ad alto rendimento perché i chip del sensore devono essere lavati tra un utilizzo e l'altro.

Takehara e colleghi hanno sviluppato chip usa e getta per superare queste limitazioni. Il chip contiene canali microfluidici appositamente progettati per la coltura di cellule e l'introduzione di terreni di coltura, farmaci e altre molecole biologiche. Il chip ha un fondo in vetro ultrasottile che riduce al minimo la distanza tra le celle e il sensore di contatto sottostante. Un sensore di immagine CMOS rileva la fluorescenza emessa dalle cellule, lo trasforma in un segnale elettronico e poi ricostruisce l'immagine.

Per dimostrare l'efficacia del loro sistema, i ricercatori hanno coltivato cellule contenenti coloranti fluorescenti nei loro nuclei all'interno dei microcanali. Quando hanno esposto le cellule al fattore di crescita endoteliale (EGF), che provoca la proliferazione cellulare, le colture emettevano un segnale di fluorescenza più intenso rispetto alle colture non trattate con EGF, indicando che il sensore ha rilevato la crescita cellulare.

Gli autori riconoscono che la piattaforma di microscopia a fluorescenza su chip produce immagini con una risoluzione spaziale inferiore rispetto a quelle dei microscopi a fluorescenza convenzionali, ma offre il vantaggio di essere compatibile con sistemi completamente automatizzati. Le dimensioni ridotte e la convenienza della piattaforma la rendono anche interessante per l'uso in dispositivi impiantabili per misurare il glucosio o persino l'attività cerebrale.

Nel lavoro futuro, Takehara prevede di esplorare l'uso della piattaforma per monitorare la produzione di cellule staminali da utilizzare nella medicina rigenerativa e per lo screening di nuovi farmaci.

"Il costo eccessivo dello sviluppo di nuovi farmaci farmaceutici e l'urgente necessità di una tecnologia di screening [economica] è diventata una questione urgente, " Takehara ha detto. "Un sistema completamente automatizzato, dalla manipolazione del campione al rilevamento, senza la necessità di tecnici ben preparati è una tecnologia chiave, e svolge un ruolo fondamentale nello sviluppo di screening cellulari efficienti in termini di costi".