1. Antecedentes
La heterogeneidad celular está muy extendida, lo que limita la aplicación de la terapia con células madre en la medicina regenerativa y la atención clínica. La tecnología de aislamiento y recolección de células individuales es una parte clave para resolver el problema de la heterogeneidad, y los científicos han puesto cada vez más énfasis en la exploración de tecnologías de aislamiento y recolección de células individuales no invasivas, eficientes y de alto rendimiento.
Las técnicas tradicionales de clasificación de celdas de flujo requieren un pretratamiento con marcado fluorescente, que requiere mucho tiempo, es ineficiente y afecta la función celular. Las técnicas de clasificación de microfluidos comunes, como la microfluídica de gotas, colocan células individuales dentro de una gota después de envolverla, pero de acuerdo con la distribución de Poisson, la eficiencia de captura de células individuales no es alta y la posición de la microgota después de envolverla no es fija y no se puede observar en tiempo real.
El equipo de I+D de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) diseña un sistema de separación de células individuales basado en el principio de combinar el reconocimiento de células en tiempo real y la impresión de impacto microfluídico para lograr un reconocimiento en tiempo real, de alta eficiencia y sin etiquetas y una separación de alto rendimiento de células individuales.
2. Contenido de la investigación
Este sistema de separación de celdas individuales consta de tres componentes principales: módulo de control de señal, módulo de procesamiento de imágenes y módulo de impresión, como se muestra en la Figura 2.
Bajo la acción de la bomba de presión, la suspensión celular se transporta desde la entrada a la salida del microcanal, y la cámara de alta velocidad Thousand Eyes Wolf equipada con un microscopio invertido se enfoca en el plano de observación en el medio del microcanal, captura la imagen en escala de grises de la célula a una velocidad de 2620 cuadros por segundo y extracción de fondo en tiempo real, eliminación de ruido gaussiano y segmentación de umbral de la imagen para identificar y optimizar la ubicación de las células 2D, y luego envía una señal de activación al módulo de control de señal, activando un piezoeléctrico. Luego, se envía una señal de activación al módulo de control de señal, que activa el actuador piezoeléctrico para impactar la película flexible en la cámara de impresión, lo que hace que las gotas que contienen las células reconocidas se expulsen de la boquilla hacia el sustrato.
Durante la impresión de impacto microfluídico, afectada por la respuesta hidrodinámica, las células pueden moverse lateralmente y hacia adelante durante la eyección de gotas, lo que afecta la confiabilidad, y es necesario capturar las imágenes transitorias del movimiento celular con una cámara de video de alta velocidad bajo una lente objetivo de 5×, como se muestra en las Figuras 4 y 5, para explorar los factores que determinan la eyección de células y la eficiencia de impresión.
3. Conclusión de la investigación
A través de una serie de experimentos utilizando chorro de microperlas de poliestireno de 10 μm, se demostró que el sistema de separación de células individuales basado en la combinación del reconocimiento de células en tiempo real y la impresión de impacto microfluídico puede separar células individuales de una manera sin etiquetas de una manera eficiente y de alto rendimiento, con un rendimiento de impresión de gotas de células individuales de hasta 15 Hz, y admite una separación de un solo paso de células individuales heterogéneas de poblaciones celulares con una eficiencia de impresión de más de 95%. En el estudio del mecanismo de respuesta hidrodinámica celular, la posición de las células en la zona de cruce del canal, el voltaje de accionamiento del actuador piezoeléctrico y el volumen de las gotas son las variables clave que afectan la eficiencia de impresión según lo observado por una cámara de alta velocidad.
4. Perspectivas de la industria
La tecnología tendrá una amplia gama de posibilidades de aplicación en diversos campos bioquímicos, como la impresión de tejidos biológicos emergente, la tipificación de tumores, el cribado de fármacos, la cristalización química y el análisis genético. Los instrumentos de observación, como las cámaras de alta velocidad, desempeñan un papel importante en la etapa de separación de células individuales de la captura de imágenes transitorias del movimiento celular y en el proceso de impacto microfluídico de la investigación del mecanismo de respuesta de la dinámica de fluidos.
