Сортировщик клеток размером с мобильный телефон

Сортировка клеток широко используется во многих областях биологии и клинической диагностики для изучения характеристик клеток или выделения определенных популяций. Современные коммерчески доступные приборы, использующие флуоресцентные метки, быстро и качественно выполняют свою работу, однако они имеют целый ряд недостатков: помимо большого размера и дороговизны, в том числе высокой стоимости рутинного обслуживания, они представляют собой биологическую опасность. Более того, традиционный процесс сортировки может на 30-99% снижать жизнеспособность и активность функционирования многих хрупких или чувствительных клеток, таких как нейроны, стволовые клетки, гепатоциты и сперматозоиды. 

В течение последнего десятилетия появился целый ряд прототипов акустического микрожидкостного клеточного сортировщика – нового потенциального инструмента для выделения определенных типов клеток и скрининга лекарственных препаратов. Однако пропускная способность большинства микрожидкостных устройств составляет всего лишь несколько сотен клеток в секунду, что не позволяет им конкурировать с коммерческими устройствами, работающих на два порядка быстрее.

Исследователям государственного университета Пенсильвании, работающим под руководством профессора Цзюня Хуана (Jun Huang), удалось решить многие из перечисленных проблем. Созданный ими новый основанный на акустических волнах клеточный сортировщик, представляющий собой небольшое и недорогое устройства типа «лаборатория на чипе», вполне способен создать конкуренцию традиционным сортировщикам.

На сегодняшний день он позволяет сортировать примерно 3 000 клеток в секунду, тогда как разработчики надеются увеличить этот показатель до более 13 000 клеток в секунду. Такая высокая скорость достигается за счет использования фокусирующих встречно-гребенчатых преобразователей для создания стоячих поверхностных акустических волн. При отсутствии фокусирования волн акустическое поле растягивается, что замедляет процесс сортировки. В то же время узкое поле позволяет осуществлять быструю сортировку одновременно со щадящим манипулированием отдельными клетками.

Используемые устройством интенсивность и частота акустических волн сопоставимы с соответствующими показателями, применяемыми в ультразвуковой визуализации, признанной безопасной для диагностического применения, в том числе на различных сроках беременности. Разработчики уверены, что щадящее воздействие акустических волн малой мощности позволит сохранять неизменными не только жизнеспособность клеток, но и такие параметры, как генная экспрессия, посттрансляционная модификация и функции клеток. Это исключительно важно для многочисленных областей применения, таких как репродукция животных, клеточная иммунотерапия и биологические исследования.

Рисунок: Tony Jun Huang / Penn State

Использование системы «лаборатория-на-чипе» делает устройство одновременно компактным и недорогим. В сегодняшней конфигурации его размер и стоимость сопоставимы с размером и стоимостью мобильного телефона. В ближайшем будущем разработчики планируют интегрировать акустический модуль для сортировки клеток с оптическим модулем для регистрации клеток. Это повысит пропускную способность устройства до 10 000 событий в секунду, увеличив его до размеров книги.

Статья Liqiang Ren et al. A high-throughput acoustic cell sorter опубликована в журнале Lab on a Chip.

Евгения Рябцева

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Pennsylvania State University:
A fast cell sorter shrinks to cell phone size.  

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

28.09.2015