Om effectieve therapieën tegen pathogenen te ontwikkelen, wetenschappers moeten eerst ontdekken hoe ze gastheercellen aanvallen. Een efficiënte manier om deze onderzoeken op grote schaal uit te voeren, is door middel van snelle screeningtests, assays genaamd.

Onderzoekers van de Texas A&M University hebben een celscheidingsmethode met hoge doorvoer uitgevonden die kan worden gebruikt in combinatie met druppelmicrofluïdica, een techniek waarbij minuscule vloeistofdruppels met (biologische) lading nauwkeurig en met hoge snelheid kunnen worden verplaatst. specifiek, de onderzoekers isoleerden met succes pathogenen die aan gastheercellen waren vastgemaakt van degenen die niet waren bevestigd in een enkele vloeistofdruppel met behulp van een elektrisch veld.

"Anders dan celscheiding, de meeste biochemische testen zijn met succes omgezet in microfluïdische druppelsystemen die testen met hoge doorvoer mogelijk maken, " zei Arum Han, professor in de afdeling Electrical and Computer Engineering en hoofdonderzoeker van het project. "We hebben die kloof aangepakt, en nu kan celscheiding op een high-throughput-manier worden gedaan binnen het microfluïdische druppelplatform. Dit nieuwe systeem vereenvoudigt zeker het bestuderen van gastheer-pathogeen-interacties, maar het is ook erg nuttig voor toepassingen op het gebied van milieumicrobiologie of het screenen van geneesmiddelen."

De onderzoekers rapporteerden hun bevindingen in het augustusnummer van het tijdschrift Lab op een chip .

Microfluïdische apparaten bestaan ​​uit netwerken van micron-sized kanalen of buizen die gecontroleerde bewegingen van vloeistoffen mogelijk maken. Onlangs, microfluidica met behulp van water-in-oliedruppeltjes zijn populair geworden voor een breed scala aan biotechnologische toepassingen. Deze druppeltjes, die picoliter (of een miljoen keer minder dan een microliter) in volume zijn, kunnen worden gebruikt als platform voor het uitvoeren van biologische reacties of het transporteren van biologisch materiaal. Miljoenen druppels binnen een enkele chip maken experimenten met hoge doorvoer mogelijk, bespaart niet alleen laboratoriumruimte, maar ook de kosten van chemische reagentia en handarbeid.

Biologische testen kunnen verschillende celtypes binnen een enkele druppel omvatten, die uiteindelijk moeten worden gescheiden voor latere analyses. Deze taak is buitengewoon uitdagend in een microfluïdisch systeem met druppeltjes, zei Han.

"Het verkrijgen van celscheiding binnen een klein druppeltje is buitengewoon moeilijk omdat, als je erover nadenkt, eerst, het is een klein druppeltje met een diameter van 100 micron, en ten tweede, binnen deze uiterst kleine druppel, meerdere celtypen zijn allemaal met elkaar vermengd, " hij zei.

Om de technologie te ontwikkelen die nodig is voor celscheiding, Han en zijn team kozen een gastheer-pathogeen modelsysteem bestaande uit de salmonellabacteriën en de menselijke macrofaag, een soort immuuncel. Wanneer beide celtypen in een druppel worden geïntroduceerd, sommige bacteriën hechten zich aan de macrofaagcellen. Het doel van hun experimenten was om de salmonella die zich aan de macrofaag hechtte te scheiden van degenen die dat niet deden.

Voor celscheiding, Han en zijn team construeerden twee paar elektroden die een oscillerend elektrisch veld opwekten in de nabijheid van de druppel die de twee celtypen bevat. Omdat de bacteriën en de gastheercellen verschillende vormen hebben, afmetingen en elektrische eigenschappen, ze ontdekten dat het elektrische veld een andere kracht op elk celtype produceerde. Deze kracht resulteerde in de beweging van één celtype tegelijk, het scheiden van de cellen in twee verschillende locaties binnen de druppel. Om de moederdruppel te scheiden in twee dochterdruppeltjes die één type cellen bevatten, de onderzoekers maakten ook een stroomafwaartse Y-vormige splitsing.

Han zei dat hoewel deze experimenten werden uitgevoerd met een gastheer en een pathogeen waarvan de interactie goed is ingeburgerd, hun nieuwe microfluïdische systeem uitgerust met in-drop scheiding is het meest nuttig wanneer de pathogeniteit van bacteriesoorten onbekend is. Hij voegde eraan toe dat hun technologie snelle, high-throughput screening in deze situaties en voor andere toepassingen waar celscheiding vereist is.

"Vloeistofbehandeling robothanden kunnen miljoenen tests uitvoeren, maar zijn extreem duur. Microfluïdische druppeltjes kunnen hetzelfde doen in miljoenen druppels, veel sneller en veel goedkoper, "Zei Han. "We hebben nu celscheidingstechnologie geïntegreerd in microfluïdische druppelsystemen, waardoor de precieze manipulatie van cellen in druppeltjes op een manier met hoge doorvoer mogelijk is, wat voorheen niet mogelijk was."