Разработка лекарств с помощью десятков тысяч микроскопических капель на маленькой стеклянной пластине
Исследователи из ETH Zurich разработали новый метод, позволяющий создавать десятки тысяч микроскопических капель за считанные минуты, используя лишь стеклянную пластину, тонкую трубку и масляную ванну. Это ускоряет, повышает точность и снижает затраты ресурсов при тестировании ферментов и активных веществ по сравнению с традиционными подходами.
Метод, описанный в журнале Small, кардинально упрощает анализ взаимодействия ферментов с молекулами-кандидатами — ключевой процесс в разработке лекарств.
Технология: капли с высочайшей точностью
В основе метода лежит покрытая стеклянная пластина размером около 2×7 см. Её поверхность имеет водоотталкивающий слой с до 100 000 гидрофильных (водолюбивых) точек-посадочных площадок для капель. Тестовый раствор подаётся через тонкую трубку на пластину, которая перемещается с высокой точностью. Как только жидкость достигает гидрофильной точки, формируется и фиксируется на ней микроскопическая капля.
Характеристики капель:
- Диаметр: от 50 до 250 микрометров (тоньше человеческого волоса).
- Стабильность: пластина погружена в мелкую масляную ванну, что предотвращает испарение и загрязнение капель даже в многочасовых экспериментах. Масло можно собирать, очищать и использовать повторно.
Весь процесс производства капель автоматизирован с помощью компактного устройства размером с микроскоп, которое также может выполнять микроскопию, культивировать клетки и автоматически менять образцы.
«Раньше на правильную настройку уходило полчаса. Сегодня, благодаря нашей автоматизации, достаточно нажать кнопку, и эксперимент запущен», — говорит учёный из группы Петры Диттрих Максимилиан Брайтфельд.
Преимущества и возможности метода
- Высокая пропускная способность: создание до 100 000 капель за 40 минут.
- Целенаправленное варьирование: точный контроль позволяет создавать в каплях тонкие градиенты концентрации активных веществ.
- Ресурсоэффективность: по сравнению с традиционными методами (микропланшеты на 1500 лунок) потребление химических реагентов снижается с литров до микролитров. За один эксперимент можно сэкономить до 5 кг неперерабатываемого пластика.
- Анализ: реакции в каплях можно отслеживать с помощью флуоресцентной микроскопии или масс-спектрометрии.
Ограничения и вызовы
Метод идеально подходит для быстрых реакций в малых объёмах, характерных для микрофлюидики, но не пригоден для работы с большими объёмами жидкостей или долгосрочного культивирования тканей.
Основная новая задача — обработка огромного массива генерируемых данных. «Мы больше не можем оценивать это вручную — нам нужны программные решения для осмысленного анализа информации», — отмечает Петра Диттрих.
Дальнейшие планы: от исследования к стартапу
Исследователи планируют создать спин-офф для вывода метода на рынок. Они намерены продавать комплексную систему, включающую стеклянные пластины, оборудование и программное обеспечение, а также, опционально, биологические тесты на её основе.
«Для меня крайне важно, чтобы система была действительно надёжной и простой в использовании. Её можно будет применять за пределами нашей лаборатории, только если мы гарантируем удобство для пользователя», — говорит соавтор разработки Клаудиус Дитч.
Метод уже запатентован ETH Zurich и номинирован как финалист премии Spark Award этого года, что даёт дополнительный импульс для создания стартапа. Спрос на технологию, по словам исследователей, уже очевиден.