Νέα ρυθμιζόμενη συσκευή διαλογής κυττάρων στην βιοϊατρική

Ερευνητές από το Science Tokyo ανέπτυξαν μια καινοτόμο ρυθμιζόμενη συσκευή διαλογής κυττάρων, βασισμένη στη μέθοδο της ντετερμινιστικής πλευρικής μετατόπισης (DLD) και σε μια θερμοευαίσθητη υδρογέλη με την ονομασία πολυ(Ν-ισοπροπυλακρυλαμίδιο) (PNIPAM). Η νέα αυτή τεχνολογία επιτρέπει υψηλής ακρίβειας διαχωρισμό κυττάρων με βάση το μέγεθος, απλώς μεταβάλλοντας τη θερμοκρασία. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Lab on a Chip και θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική για τη σύγχρονη βιοϊατρική.

Η ανάγκη για απομόνωση κυττάρων στην ιατρική

Η απομόνωση συγκεκριμένων τύπων κυττάρων από το αίμα ή τους ιστούς αποτελεί βασικό στάδιο σε πολλές διαγνωστικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα στην ογκολογία, η ανίχνευση καρκινικών κυττάρων στο αίμα είναι καθοριστική για τη διάγνωση της μετάστασης. Οι τεχνικές διαλογής με βάση το μέγεθος, όπως η DLD, έχουν κερδίσει έδαφος, καθώς προσφέρουν υψηλή απόδοση και δεν καταστρέφουν τα κύτταρα.

Πώς λειτουργεί η τεχνολογία DLD

Η ντετερμινιστική πλευρική μετατόπιση χρησιμοποιεί συστοιχίες μικροπυλώνων με προκαθορισμένες αποστάσεις. Τα κύτταρα που είναι μικρότερα από μια κρίσιμη διάμετρο (Dc) εκτρέπονται προς τη μία πλευρά, ενώ τα μεγαλύτερα προς την άλλη. Το βασικό μειονέκτημα των συμβατικών συσκευών είναι ότι το Dc είναι σταθερό, γεγονός που περιορίζει τη λειτουργικότητά τους και αυξάνει τον κίνδυνο φραγής.

Ο ρόλος της υδρογέλης PNIPAM

Η καινοτομία της νέας συσκευής έγκειται στη χρήση της υδρογέλης PNIPAM, η οποία αλλάζει μέγεθος με ακρίβεια όταν η θερμοκρασία κυμαίνεται μεταξύ 20 και 40 βαθμών Κελσίου. Με τον τρόπο αυτό, η κρίσιμη διάμετρος Dc των μικροπυλώνων μπορεί να μεταβάλλεται δυναμικά, επιτρέποντας τη ρύθμιση της επιλεκτικότητας του διαχωρισμού χωρίς την ανάγκη πολύπλοκου εξωτερικού εξοπλισμού.

Κατασκευή και τεχνικά χαρακτηριστικά της συσκευής

Η νέα πλατφόρμα αποτελείται από υπόστρωμα πυριτίου τοποθετημένο σε στοιχείο Peltier για ακριβή έλεγχο της θερμοκρασίας, μικροκανάλια από PDMS για τη μεταφορά του δείγματος και μικροπυλώνες PNIPAM ύψους έως 30 μικρομέτρων. Διαθέτει δύο εξόδους, ώστε τα ταξινομημένα κύτταρα να διαχωρίζονται αποτελεσματικά. Η χρήση πυριτίου εξασφαλίζει υψηλή θερμική αγωγιμότητα και σταθερή λειτουργία.

Δοκιμές σε καρκινικά κύτταρα

Η συσκευή δοκιμάστηκε σε δείγματα αίματος που περιείχαν καρκινικά κύτταρα μαστού τύπου MCF-7, με μέση διάμετρο 17 μικρομέτρων. Στους 25 βαθμούς Κελσίου επιτεύχθηκε 90% αποτελεσματικότητα διαλογής, ενώ σε υψηλότερες θερμοκρασίες η πορεία των κυττάρων μεταβαλλόταν με ακρίβεια, αποδεικνύοντας τη ρυθμιζόμενη λειτουργία της συσκευής.

Σημασία για τη βιοϊατρική έρευνα

Η δυνατότητα ακριβούς και ευέλικτου διαχωρισμού κυττάρων είναι εξαιρετικά σημαντική για τη διάγνωση μεταστάσεων, την εξατομικευμένη ιατρική, τη μελέτη βιοδεικτών και τις κυτταρικές θεραπείες. Η νέα ρυθμιζόμενη συσκευή DLD προσφέρει πλεονεκτήματα όπως χαμηλό κόστος, απλούστερη κατασκευή και διατήρηση της βιωσιμότητας των κυττάρων.

Μελλοντικές προοπτικές

Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να δοκιμάσει τη συσκευή σε πραγματικά δείγματα ασθενών. Η ακρίβεια, η ευελιξία και η αξιοπιστία της τεχνολογίας την καθιστούν ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στη σύγχρονη βιοϊατρική επιστήμη.