Développer des thérapies efficaces contre les agents pathogènes, les scientifiques doivent d'abord découvrir comment ils attaquent les cellules hôtes. Un moyen efficace de mener ces investigations à grande échelle consiste à effectuer des tests de dépistage à grande vitesse appelés dosages.

Des chercheurs de la Texas A&M University ont inventé une méthode de séparation cellulaire à haut débit qui peut être utilisée en conjonction avec la microfluidique des gouttelettes, une technique par laquelle de minuscules gouttes de fluide contenant une cargaison biologique ou autre peuvent être déplacées avec précision et à grande vitesse. Spécifiquement, les chercheurs ont réussi à isoler les agents pathogènes attachés aux cellules hôtes de ceux qui n'étaient pas attachés dans une seule gouttelette de liquide à l'aide d'un champ électrique.

"Au-delà de la séparation cellulaire, la plupart des tests biochimiques ont été convertis avec succès en systèmes microfluidiques à gouttelettes qui permettent des tests à haut débit, " dit Arum Han, professeur au Département de génie électrique et informatique et chercheur principal du projet. "Nous avons comblé cette lacune, et maintenant la séparation cellulaire peut être effectuée à haut débit au sein de la plate-forme microfluidique de gouttelettes. Ce nouveau système simplifie certainement l'étude des interactions hôte-pathogène, mais il est également très utile pour les applications de microbiologie environnementale ou de criblage de médicaments."

Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans le numéro d'août de la revue Laboratoire sur puce .

Les dispositifs microfluidiques sont constitués de réseaux de canaux ou de tubes de la taille d'un micron qui permettent des mouvements contrôlés de fluides. Récemment, la microfluidique utilisant des gouttelettes d'eau dans l'huile a gagné en popularité pour un large éventail d'applications biotechnologiques. Ces gouttelettes, qui sont des picolitres (ou un million de fois moins qu'un microlitre) en volume, peuvent servir de plateformes pour réaliser des réactions biologiques ou transporter du matériel biologique. Des millions de gouttelettes dans une seule puce facilitent les expériences à haut débit, économisant non seulement de l'espace de laboratoire, mais le coût des réactifs chimiques et du travail manuel.

Les tests biologiques peuvent impliquer différents types de cellules dans une seule gouttelette, qui doivent éventuellement être séparés pour des analyses ultérieures. Cette tâche est extrêmement difficile dans un système microfluidique à gouttelettes, dit Han.

« Il est extrêmement difficile d'obtenir une séparation cellulaire dans une minuscule gouttelette car, si tu penses à ça, premier, c'est une minuscule gouttelette de 100 microns de diamètre, et deuxieme, à l'intérieur de cette gouttelette extrêmement minuscule, plusieurs types de cellules sont tous mélangés, " il a dit.

Pour développer la technologie nécessaire à la séparation cellulaire, Han et son équipe ont choisi un système modèle hôte-pathogène composé de la bactérie salmonelle et du macrophage humain, un type de cellule immunitaire. Lorsque ces deux types de cellules sont introduits dans une gouttelette, certaines bactéries adhèrent aux cellules macrophages. Le but de leurs expériences était de séparer les salmonelles qui se sont attachées au macrophage de celles qui ne s'y sont pas attachées.

Pour la séparation cellulaire, Han et son équipe ont construit deux paires d'électrodes qui ont généré un champ électrique oscillant à proximité immédiate de la gouttelette contenant les deux types de cellules. Puisque les bactéries et les cellules hôtes ont des formes différentes, tailles et propriétés électriques, ils ont découvert que le champ électrique produisait une force différente sur chaque type de cellule. Cette force a entraîné le mouvement d'un type de cellule à la fois, séparer les cellules en deux emplacements différents dans la gouttelette. Pour séparer la goutte mère en deux gouttes filles contenant un type de cellules, les chercheurs ont également réalisé une jonction de séparation en forme de Y en aval.

Han a déclaré que bien que ces expériences aient été menées avec un hôte et un agent pathogène dont l'interaction est bien établie, leur nouveau système microfluidique équipé d'une séparation en goutte est particulièrement utile lorsque la pathogénicité des espèces bactériennes est inconnue. Il a ajouté que leur technologie permet de rapidement, criblage à haut débit dans ces situations et pour d'autres applications où la séparation cellulaire est requise.

« Les mains robotisées de manipulation de liquides peuvent effectuer des millions de tests mais sont extrêmement coûteuses. La microfluidique des gouttelettes peut faire la même chose dans des millions de gouttelettes, beaucoup plus rapide et beaucoup moins cher, " a déclaré Han. " Nous avons maintenant intégré la technologie de séparation cellulaire dans les systèmes microfluidiques de gouttelettes, permettant la manipulation précise des cellules en gouttelettes à haut débit, ce qui n'était pas possible avant."