Более быстрая и эффективная сепарация живых клеток с помощью нового микрофлюидного чипа

Японская исследовательская группа создала новый метод сортировки живых клеток, суспендированных в жидкости, с использованием полностью интегрированной операции в лаборатории-на-чипе. Весь процесс разделения занял всего 30 минут. Устройство устранило необходимость в трудоемкой предварительной обработке образцов и методах химического мечения, сохраняя при этом исходную структуру клеток. Был создан прототип микрофлюидного чипа, который использует электрические поля для мягкого управления движением клеток в процессе диэлектрофореза — явления движения нейтральных частиц под действием внешнего неоднородного электрического поля.

Результаты исследования, проведенного под руководством профессора Фумито Маруямы из Управления академических исследований и сотрудничества между университетами, промышленностью, правительством и сообществом Хиросимского университета, были опубликованы 14 января в журнале iScience.

Диэлектрофорез индуцирует движение суспендированных частиц, таких как клетки, путем приложения неоднородного электрического поля. Поскольку сила диэлектрофоретического воздействия зависит от размера клетки и ее диэлектрических свойств, эту технику можно использовать для селективного разделения клеток на основе этих различий. В данной работе команда Маруямы продемонстрировала разделение двух типов эукариотических клеток с помощью разработанного микрофлюидного чипа, использующего диэлектрофорез.

Диэлектрофорез может быть особенно полезен для разделения живых клеток в медицинских исследованиях и промышленности. Его ключевое преимущество перед другими методами — простота.

"В традиционных методах разделения клеток, таких как коммерчески доступные клеточные сортеры, клетки обычно маркируются метками, например, флуоресцентными веществами или антителами, и не могут сохраняться в своем исходном физическом состоянии", — сказал Маруяма. — "Поэтому разделение клеток разного размера с использованием микрофлюидных каналов и диэлектрофореза изучается как потенциально отличный метод разделения клеток без маркировки".

Маруяма отметил, что диэлектрофорез не может полностью заменить существующие методы разделения, такие как центрифугирование и полиэфирные сетчатые фильтры. Однако он открывает путь к более быстрому разделению клеток, что может быть полезно в определенных исследовательских и промышленных областях, например, при подготовке клеток для терапии — на ум приходят тромбоциты и Т-клетки, борющиеся с раком.

Другие распространенные применения сепарации клеток в медицинской промышленности включают удаление нежелательных бактериальных клеток из донорской крови и выделение стволовых клеток и их производных, что имеет решающее значение для разработки клеточных терапий.

"Если необходимо обогатить определенный тип клеток из раствора, содержащего два или более типов клеток, наша система на основе диэлектрофореза является отличным вариантом, поскольку она может просто обеспечить непрерывное пропускание большого количества клеток. Обогащенные клетки затем легко собираются из выходного порта", — добавил Маруяма.

Процесс, описанный Маруямой и его коллегами, является полностью интегрированным.

"Устройство устранило предварительную обработку образцов и обеспечило разделение клеток с помощью полностью интегрированной операции в лаборатории-на-чипе, требующей лишь небольшого объема (0,5–1 мл) для подсчета целевых клеток и завершающей весь процесс разделения в течение 30 минут. Такой быстрый метод разделения клеток очень востребован многими исследователями для оперативной характеристики целевых клеток", — сказал он.

Будущие исследования могут быть направлены на усовершенствование метода, позволяющее использовать диэлектрофорез для более специфичного нацеливания на определенные типы клеток.