1. الخلفية
إن التباين الخلوي منتشر على نطاق واسع، مما يحد من الاستخدام الأكبر لعلاج الخلايا الجذعية في الطب التجديدي والرعاية السريرية. تعد تقنية عزل الخلايا الفردية وجمعها جزءًا أساسيًا من حل مشكلة التباين، وقد أكد العلماء بشكل متزايد على استكشاف تقنية عزل الخلايا الفردية وجمعها غير الجراحية والفعالة وعالية الإنتاجية.
تتطلب تقنيات فرز الخلايا التدفقية التقليدية معالجة مسبقة للعلامات الفلورية، وهي عملية تستغرق وقتًا طويلاً وغير فعالة وتؤثر على وظيفة الخلية. تضع تقنيات الفرز الميكروفلويدية الشائعة، مثل ميكروفلويديك القطرات، خلايا فردية داخل قطرة بعد اللف، ولكن وفقًا لتوزيع بواسون، فإن كفاءة التقاط الخلية الفردية ليست عالية، وموضع القطرة الدقيقة بعد اللف غير ثابت، ولا يمكن ملاحظته في الوقت الفعلي.
قام فريق البحث والتطوير من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين (USTC) بتصميم نظام فصل خلية واحدة يعتمد على مبدأ الجمع بين التعرف على الخلايا في الوقت الحقيقي والطباعة التأثيرية الميكروفلويدية لتحقيق التعرف في الوقت الحقيقي عالي الكفاءة والخالي من الملصقات والفصل عالي الإنتاجية للخلايا الفردية.
2. محتوى البحث
يتكون نظام الفصل أحادي الخلية هذا من ثلاثة مكونات رئيسية: وحدة التحكم في الإشارة، ووحدة معالجة الصور، ووحدة الطباعة، كما هو موضح في الشكل 2.
تحت تأثير مضخة الضغط، يتم نقل تعليق الخلية من مدخل إلى مخرج القناة الدقيقة، وتركز كاميرا Thousand Eyes Wolf عالية السرعة المزودة بمجهر مقلوب على مستوى المراقبة في منتصف القناة الدقيقة، وتلتقط صورة الخلايا الرمادية بسرعة 2620 إطارًا في الثانية، واستخراج الخلفية في الوقت الفعلي، وإزالة الضوضاء الغوسية، وتجزئة العتبة للصورة لتحديد موقع الخلايا ثنائية الأبعاد وتحسينه، ثم ترسل إشارة تشغيل إلى وحدة التحكم في الإشارة، مما يؤدي إلى تشغيل المحرك الكهرضغطي للتأثير على الفيلم المرن على حجرة الطباعة، مما يتسبب في إخراج القطرات التي تحتوي على الخلايا المعترف بها من الفوهة إلى الركيزة.
أثناء الطباعة الصدمية الميكروفلويدية، والتي تتأثر بالاستجابة الهيدروديناميكية، قد تتحرك الخلايا جانبيًا وإلى الأمام أثناء إخراج القطرات، مما يؤثر على الموثوقية، ومن الضروري التقاط الصور العابرة لحركة الخلية بكاميرا فيديو عالية السرعة تحت عدسة موضوعية 5 ×، كما هو موضح في الشكلين 4 و5، من أجل استكشاف العوامل التي تحدد إخراج الخلايا وكفاءة الطباعة.
3. خاتمة البحث
من خلال سلسلة من التجارب باستخدام نفث حبيبات البوليسترين الدقيقة 10 ميكرومتر، تم إثبات أن نظام فصل الخلية الواحدة القائم على الجمع بين التعرف على الخلايا في الوقت الفعلي والطباعة بالتأثير الميكروفلويدي يمكنه فصل الخلايا الفردية بطريقة خالية من العلامات بطريقة فعالة وعالية الإنتاجية، مع معدل إنتاج طباعة قطرات خلية واحدة يصل إلى 15 هرتز، ويدعم فصلًا بخطوة واحدة للخلايا الفردية غير المتجانسة من مجموعات الخلايا بكفاءة طباعة تزيد عن 95%. في دراسة آلية الاستجابة الهيدروديناميكية الخلوية، فإن موضع الخلايا في منطقة عبور القناة، وجهد تشغيل المحرك الكهرضغطي، وحجم القطرات هي المتغيرات الرئيسية التي تؤثر على كفاءة الطباعة كما لوحظت بواسطة كاميرا عالية السرعة.
4. آفاق الصناعة
ستتمتع هذه التقنية بمجموعة واسعة من آفاق التطبيق في عدد من المجالات الكيميائية الحيوية مثل طباعة الأنسجة البيولوجية الناشئة، وتصنيف الأورام، وفحص الأدوية، والتبلور الكيميائي، والتحليل الجيني. تلعب أجهزة المراقبة والكاميرات عالية السرعة دورًا مهمًا في مرحلة فصل الخلية الفردية لالتقاط الصور العابرة لحركة الخلية وعملية التأثير الميكروفلويدي لبحث آلية استجابة ديناميكيات السوائل.
