Los clasificadores celulares activados por fluorescencia comercial han tenido un gran éxito en los últimos 40 años al ayudar de forma rápida y precisa al diagnóstico médico y a los estudios biológicos, pero son voluminosos y demasiado caros $ 200,000 - $ 1,000,000 para muchos laboratorios u oficinas médicas.Estos tipos de clasificadores de células pueden presentar preocupaciones de riesgo biológico para los operadores y pueden dañar las células o alterar sus propiedades, haciéndolas no aptas para un estudio posterior. Para abordar estos problemas, los investigadores de Penn State han desarrollado un nuevo dispositivo de clasificación de células en un laboratoriobasado en ondas acústicas.
En la historia de portada en el número actual de la revista británica Laboratorio en un chip , investigadores del Departamento de Ingeniería, Ciencia y Mecánica de Penn State, junto con Ascent Bio-Nano Technologies y el Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre, parte de los Institutos Nacionales de Salud, describen un clasificador de células acústico capaz deel tipo de alto rendimiento de clasificación necesario para competir con los clasificadores comerciales de células activadas por fluorescencia.
"Los clasificadores de células de sobremesa actuales son demasiado caros, demasiado inseguros y de muy alto mantenimiento. Más importante aún, tienen una biocompatibilidad muy baja. El proceso de clasificación celular puede reducir la viabilidad y las funciones celulares en un 30-99 por ciento para muchos"Las células frágiles o sensibles, como las neuronas, las células madre, las células hepáticas y las espermáticas", dijo Tony Jun Huang, profesor de ingeniería y mecánica de Penn State y autor correspondiente del artículo. "Estamos desarrollando un clasificador de células acústicas que tiene el potencial deabordar todos estos problemas "
En la última década, los clasificadores de células microfluídicas se han convertido en una nueva herramienta prometedora para la secuenciación de células individuales, el aislamiento de células raras y la detección de fármacos. Sin embargo, muchos de estos dispositivos microfluídicos funcionan a solo unos cientos de células por segundo, demasiado lentopara competir con dispositivos comerciales que operan en el orden de decenas de miles de operaciones por segundo. El sistema Penn State puede clasificar alrededor de 3,000 células por segundo, con el potencial de clasificar más de 13,000 células por segundo.
La velocidad se genera mediante el uso de transductores interdigitales enfocados para crear ondas acústicas de superficie estacionaria SSAW. Cuando las ondas no están enfocadas, el campo acústico se expande, lo que ralentiza el proceso de clasificación. El campo estrecho permite que la clasificación tenga lugar a altasvelocidad mientras manipula suavemente las células individuales.
"Se espera que nuestro clasificador de células acústicas de alto rendimiento mantenga la integridad celular al preservar no solo la alta viabilidad, sino también otras características celulares como la expresión génica, la modificación postraduccional y la función celular. La intensidad y frecuencia de la potencia acústica utilizada en nuestrolos dispositivos están en un rango similar a los utilizados en las imágenes por ultrasonidos, lo que ha demostrado ser extremadamente seguro para el monitoreo de la salud, incluso durante varias etapas del embarazo ", dijo Huang." Con la naturaleza suave de las ondas acústicas de baja potencia, creo quenuestro dispositivo tiene la mejor oportunidad de preservar la integridad celular, incluso para las células frágiles y sensibles. Tal capacidad es importante para numerosas aplicaciones como la reproducción animal, la inmunoterapia celular y la investigación biológica ".
Debido a que el dispositivo está construido en un sistema de laboratorio en un chip, es compacto y económico, aproximadamente del tamaño y el costo de un teléfono celular en su configuración actual. Con la adición de la óptica, el dispositivo aún seríatan grande como un libro. El clasificador de células acústicas fue fabricado en el Laboratorio de Nanofabricación de Penn State utilizando técnicas de litografía estándar.
"Al igual que al usar una lente para enfocar la luz, diseñamos transductores interdigitales enfocados para modificar el frente de onda de las ondas acústicas y finalmente confinar las ondas en un área pequeña, que es comparable con el tamaño de los objetivos de clasificación. Las ondas acústicas enfocadas han demostradomejor rendimiento en términos de resolución de clasificación y eficiencia energética que los métodos acústicos existentes. Según nuestro conocimiento, nuestro dispositivo demuestra el tiempo de operación más rápido entre todos los clasificadores de células acústicas existentes ", dijo Liqiang Ren, un estudiante graduado en el grupo de Huang yel autor principal del artículo.
El coautor Philip McCoy, del Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre dijo: "La clasificación celular se usa ampliamente en muchas áreas de la biología para caracterizar y separar las poblaciones celulares de interés. El tamaño del citómetro, el precio y las preocupaciones de riesgo biológico siguen siendo factoresque han impedido que esta tecnología se generalice aún más. La clasificación de células microfluídicas es revolucionaria para los campos de la biología celular y la inmunología, así como para otros campos de la biología, al superar de manera concomitante todos estos obstáculos. Es bastante fácil imaginar aplicaciones para esto.tecnología en diversos entornos, desde el consultorio de un médico de familia hasta estudios de campo en limnología ".
En el trabajo futuro, los investigadores planean integrar su unidad acústica de clasificación de células con una unidad óptica de detección de células con el objetivo de aumentar el rendimiento a 10,000 eventos por segundo.
Autores adicionales en el artículo titulado "Un clasificador de células acústicas de alto rendimiento" son Yuchao Chen, Peng Li, Zhangming Mao, Po-Hsun Huang, Joseph Rufo y Feng Guo, todos de Penn State, Lin Wang de Ascent Bio-NanoTecnologías y Stewart J. Levine, Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Investigación de Materiales de Penn State . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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