Bio-ingenieurs van de UCLA en de Universiteit van Tokyo hebben de snelheid waarmee grote vloeistofdruppels, die mogelijk individuele levende cellen bevatten, kunnen intact en in bulk worden gesorteerd.

Volgens onderzoek gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , de vooruitgang zou kunnen leiden tot een snellere screening — 20 keer sneller dan de momenteel beschikbare technologieën — voor producten die door cellen worden vervaardigd, zoals biobrandstoffen of antilichamen.

Druppelmicrofluïdische technologieën zijn krachtige hulpmiddelen geworden in de geneeskunde en biotechnologie. Binnenin deze microfluïdische apparaten bevinden zich kleine lanen die helpen bij het geleiden van miljoenen vloeistofdruppels, die fungeren als miniatuurreageerbuisjes om cellen te laten groeien en chemische reacties te bevorderen. Druppels die unieke groei of reacties bevatten, kunnen automatisch worden gesorteerd om interessante cellen van de rest te isoleren.

Kleinere druppeltjes, ongeveer een derde van de dikte van een mensenhaar in diameter, zijn eerder een paar uur gebruikt om cellen te laten groeien of te laten reageren. De kleinere massa van deze druppeltjes maakt het gemakkelijker om ze met hoge snelheden door instrumenten te sorteren.

Maar de druppeltjes zijn niet groot genoeg om de meeste cellen te laten groeien en op de lange termijn te laten overleven. De diameter van een druppel iets meer dan twee keer vergroten, resulteert in 10 keer zoveel volume, genoeg om een ​​cel volledig te omhullen met een ruim kussen. Dat vloeibare kussen kan cellen veel langer in leven houden en ze zelfs laten groeien en delen in de druppel.

Echter, deze grotere druppels vallen uiteen tijdens verwerking in eerdere systemen, vooral vanwege hun hogere traagheid terwijl ze werden verplaatst.

"Tot nu toe, de lagere snelheden die nodig zijn om deze grotere druppeltjes te verplaatsen, verminderen veel van de voordelen van het gebruik van microfluïdica, dus we wilden dat veranderen, " zei Dino Di Carlo, UCLA's Armond en Elena Hairapetian Professor in Engineering and Medicine en een van de senior auteurs van het onderzoek. "De sleutel in dit onderzoek is:in plaats van in één keer een heel sterk elektrisch veld aan te leggen om een ​​druppel te verplaatsen en te sorteren, die gewoonlijk de druppeltjes uit elkaar scheurt, we passen een veel kleiner elektrisch veld toe rond elke druppel vele malen op een sequentiële manier, om het langzaam van zijn pad af te leiden. Stel je voor dat je een ballon afbuigt met veel kleine ventilatoren die allemaal zijn uitgelijnd en gesynchroniseerd om alleen te blazen wanneer de ballon passeert, in plaats van één grote wild turbulente ventilator te gebruiken."

De onderzoekers demonstreerden de techniek met behulp van grote druppels met een verscheidenheid aan cellen, inclusief kankercellen, stamcellen, microalgen en gist. Ze ontdekten dat de nieuwe methode cellen in leven kon houden, biologische producten langer laten groeien en afscheiden in de grotere druppeltjes en het team in staat stellen de cellen met veel hogere snelheden te sorteren. De vooruitgang brengt geautomatiseerde sorteer- en analytische verwerkingssnelheden van grote druppels in lijn met die van kleinere druppels.

"Dit opent een aantal nieuwe wegen in de productie van biologische en celtherapie, precisie geneeskunde, regeneratieve geneeskunde en groene biotechnologie, " zei Di Carlo. "Bijvoorbeeld, we kunnen nu allerlei soorten cellen incuberen en laten groeien en vervolgens microfluïdische verwerking gebruiken om cellen te zoeken met bepaalde belangrijke groei- of productiekenmerken. Dit kan het vinden van de meest veelbelovende T-cellen zijn om kanker te bestrijden, of cellen die antilichamen afscheiden voor infectieziekten zoals COVID-19."

Di Carlo zei dat de techniek zou kunnen worden toegepast op op de landbouw gebaseerde biotechnologieën, omdat het systeem algen die nodig zijn voor de productie van biobrandstoffen of vitamines sneller kan sorteren.