Fluorescentie geactiveerde celsortering (FACS) is een moderne celanalysetechniek voor kwantitatieve detectie van fysiologische, biochemisch, immunologisch, en moleculair biologische eigenschappen van cellen - het kan een specifieke subset van celpopulaties verder scheiden van complexe biologische monsters. Hoewel de huidige commerciële FACS een vrij nauwkeurige celsortering heeft, het heeft nog steeds enkele inherente beperkingen. Eerst, huidige commerciële FACS is omvangrijk en extreem duur, en kan meestal alleen worden geboden door gedeelde gebruikersfaciliteiten. Tweede, het huidige sorteermechanisme vereist het genereren van celhoudende aerosolen via een klein mondstuk, die grote schuifspanning kan veroorzaken, schade aan cellen veroorzaken. Vandaar, er is een grote behoefte aan het ontwikkelen van een eenvoudige en biocompatibele benadering om biologische cellen niet alleen met een hoge zuiverheid te sorteren, maar ook het handhaven van een hoge levensvatbaarheid en functionaliteit van de cellen.

In dit onderzoek, een onderzoeksteam van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) onder leiding van universitair hoofddocent dr. Ye Ai, in samenwerking met universitair docent Chrishan Ramachandra van National Heart Centre Singapore (NHCS), ontwikkelde een omhulselloos akoestische fluorescentie-geactiveerde celsortering (aFACS) systeem voor fluorescentiedetectie en isolatie op één celniveau. Het microfluïdische sorteerapparaat maakt gebruik van elasto-inertiële deeltjesfocussering om cellen in een enkel bestand uit te lijnen voor het verbeteren van de sorteernauwkeurigheid en efficiëntie zonder monsterverdunning. Het ontwikkelde sorteerapparaat kan effectief deeltjes van 1 m focusseren, wat de algemene minimumgrootte vertegenwoordigt voor de meeste celsorteringstoepassingen. Na de fluorescentie-ondervraging op eencellig niveau, individuele cellen worden afgebogen naar de doeluitgang door een 50 m breed, zeer gefocust akoestisch veld. Het gebruik van zachte akoestische kracht in de ontwikkelde aFACS biedt een meer biocompatibele sorteeroplossing om onderzoekers te helpen hun doelcellen te isoleren, met behoud van een hoge levensvatbaarheid van de cellen.

Klinisch hoofdonderzoeker Dr. Chrishan zei:"Menselijke cardiomyocyten (CM's) afgeleid van geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's) hebben een enorm potentieel getoond voor het begrijpen van de mechanismen van verschillende hartziekten. Aangezien deze iPSC-CM's op individuele basis worden gegenereerd, ze omvatten de genetische samenstelling van dat specifieke individu en daarmee, enige aanleg voor hartaandoeningen. Deze iPSC-CM's kunnen daarom worden gebruikt om inherente hartziekten in een petrischaal te modelleren en ook dienen als een platform voor het screenen van geneesmiddelen om nieuwe, patiëntspecifieke therapieën. Echter, de mogelijkheid om deze iPSC-CM's te zuiveren is een belangrijke beperking in het veld. Bestaande technieken die worden gebruikt voor zuivering leiden tot aanzienlijke celdood. Een technologie hebben die iPSC-CM's kan zuiveren, terwijl het behoud van hun levensvatbaarheid zeer voordelig is voor het gebied van hartonderzoek."

Technisch hoofdonderzoeker Dr. Ai zei:"Vergeleken met commerciële FACS-systemen, onze aFACS vertoont uitstekende biocompatibiliteit bij het sorteren van kwetsbare biologische cellen zoals iPSC-CM's. In aanvulling, het omhulselloze akoestische sorteerapparaat kan monsterverdunning en kruisbesmetting voorkomen met behulp van een enkele inlaat zonder aerosolvorming. Het is in staat om een ​​sorteerzuiverheid en een herstelpercentage van meer dan 90% te bereiken, en slechts een zeer kleine daling van de levensvatbaarheid van de cellen veroorzaken binnen het bereik van 3-4%. Met dezelfde testcelmonsters, de levensvatbaarheid van de cellen na een commerciële FACS-sortering daalt met 35-45%."