Les bioingénieurs de l'UCLA et de l'Université de Tokyo ont considérablement augmenté la vitesse à laquelle les grosses gouttelettes de liquide, contenant potentiellement des cellules vivantes individuelles, peuvent être triés intacts et en vrac.
Selon des recherches publiées dans Avancées scientifiques , l'avancée pourrait conduire à un dépistage plus rapide - 20 fois plus rapide que les technologies actuellement disponibles - pour les produits fabriqués par des cellules, comme les biocarburants ou les anticorps.
Les technologies microfluidiques à gouttelettes sont devenues des outils puissants en médecine et en biotechnologie. À l'intérieur de ces dispositifs microfluidiques se trouvent de minuscules voies qui aident à acheminer des millions de gouttes de liquide, qui agissent comme des tubes à essai miniatures pour faire croître les cellules et favoriser les réactions chimiques. Les gouttes qui contiennent une croissance ou des réactions uniques peuvent être automatiquement triées pour isoler les cellules d'intérêt du reste.
Des gouttelettes plus petites, environ un tiers de l'épaisseur d'un cheveu humain de diamètre, ont déjà été utilisés pour faire croître ou faire réagir des cellules pendant quelques heures. La masse plus faible de ces gouttelettes les rend plus faciles à trier à des cadences élevées par les instruments.
Mais les gouttelettes ne sont pas assez grosses pour permettre la croissance et la survie à long terme de la plupart des cellules. Augmenter le diamètre d'une goutte d'un peu plus de deux fois permet d'obtenir 10 fois plus de volume, assez pour envelopper complètement une cellule d'un coussin ample. Ce coussin liquide peut maintenir les cellules en vie beaucoup plus longtemps et même leur permettre de croître et de se diviser à l'intérieur de la gouttelette.
Cependant, ces gouttelettes plus grosses se brisent lors du traitement dans les systèmes précédents, principalement en raison de leur inertie plus élevée lorsqu'ils étaient déplacés.
"Jusqu'à maintenant, les vitesses plus lentes requises pour déplacer ces gouttelettes plus grosses diminuent de nombreux avantages de l'utilisation de la microfluidique, alors nous avons décidé de changer cela, " a déclaré Dino Di Carlo, Armond et Elena Hairapetian de l'UCLA, professeur d'ingénierie et de médecine et l'un des auteurs principaux de l'étude. "La clé de cette recherche est :au lieu d'appliquer un champ électrique très puissant d'un seul coup pour déplacer et trier une gouttelette, qui déchire généralement les gouttelettes, nous appliquons un champ électrique beaucoup plus petit autour de chaque gouttelette plusieurs fois de manière séquentielle, pour le détourner lentement de son chemin. Imaginez faire dévier un ballon avec de nombreux petits ventilateurs tous alignés et synchronisés pour ne souffler que lorsque le ballon passe plutôt que d'utiliser un grand ventilateur extrêmement turbulent."
es chercheurs ont démontré la technique en utilisant de grosses gouttelettes avec une variété de cellules, y compris les cellules cancéreuses, cellules souches, microalgues et levures. Ils ont découvert que la nouvelle méthodologie pouvait maintenir les cellules en vie, cultiver et sécréter des produits biologiques plus longtemps dans les plus grosses gouttelettes et permettre à l'équipe de trier les cellules à des vitesses beaucoup plus élevées. Cette avancée permet d'aligner les vitesses de tri automatisé et de traitement analytique des grosses gouttelettes sur celles des gouttelettes plus petites.
« Cela ouvre de nouvelles voies dans la fabrication de produits biologiques et de thérapies cellulaires, médecine de précision, médecine régénérative et biotechnologie verte, " dit Di Carlo. "Par exemple, nous pouvons désormais incuber et cultiver toutes sortes de cellules, puis utiliser le traitement microfluidique pour rechercher des cellules présentant des caractéristiques de croissance ou de production particulièrement importantes. Cela pourrait inclure la recherche des cellules T les plus prometteuses pour lutter contre les cancers, ou des cellules qui sécrètent des anticorps pour des maladies infectieuses telles que COVID-19. »
Di Carlo a déclaré que la technique pourrait s'appliquer aux biotechnologies basées sur l'agriculture, car le système pourrait trier les algues nécessaires à la production de biocarburants ou de vitamines à des taux plus rapides.
