Анализ отдельных клеток, например способность исследовать мутации ДНК на уровне отдельных клеток, имеет важное значение для оценки генетической гетерогенности рака у разных пациентов и, таким образом, имеет большой потенциал для продвижения в направлении точной медицины для лечения рака. Ключом к реализации анализа отдельных клеток является возможность изолировать отдельные клетки от высокогнезначных биологических образцов.
Согласно недавнему анализу рынка, проведенному Markets and Markets Research Pte Ltd, размер мирового рынка сортировки клеток составляет 3,57 млрд долларов США в 2016 году и, как ожидается, достигнет 7,89 млрд долларов США к 2021 году при среднегодовом темпе роста (CAGR) 17,2%. . Ожидается, что в ближайшие пять лет Азия станет самым быстрорастущим рынком благодаря увеличению государственных инвестиций в биотехнологии и сектор здравоохранения.В настоящее время сортировка и изоляция редких популяций клеток обычно выполняется с использованием системы сортировки клеток с активацией флуоресценции (FACS), технологии, разработанной почти 60 лет назад. Однако современные системы FACS сложны, громоздки и дороги, требуют для работы высококвалифицированного персонала и могут производить биологически опасные аэрозоли в открытой среде. Технология микрофлюидики, способная точно манипулировать клетками, имеет большой потенциал для переосмысления технологии сортировки клеток следующего поколения.
В этом исследовании команда доктора Ай спроектировала и построила акустическую систему сортировки, которая включала одноразовый микрофлюидный канал, многоразовый генератор звуковых волн и модуль обнаружения флуоресценции. Клетки-мишени с флуоресцентными метками, специфичными для их поверхностных биомаркеров, могут быть распознаны модулем обнаружения флуоресценции. При обнаружении единственной целевой ячейки система активирует генератор звуковых волн для создания импульсного высокофокусированного луча звуковой волны, который может быстро отклонить целевую ячейку к выпускному отверстию для сбора. Луч звуковой волны шириной 50 мкм очень локализован, что позволяет производить точную сортировку на уровне отдельных ячеек.
Главный исследователь, д-р Ай, сказал: «По сравнению с обычными системами FACS, достоинства этой технологии сортировки клеток включают существенно упрощенный механизм сортировки, который уменьшает размер инструмента, снижает его сложность и существенно снижает затраты. И не только это, но и возможность большего. точная сортировка на уровне отдельных ячеек и не оставляет повреждений целевым ячейкам, потому что звуковые волны намного мягче, чем электрические поля, широко используемые в обычных системах FACS ».Эта новая технология сортировки клеток была опубликована в высококлассном журнале Lab on a Chip, посвященном исследованиям инновационных устройств и приложений на микро- и нанометрах. В этом проекте приняли участие два аспиранта SUTD (Чжичао Ма и Иньнин Чжоу) и научный сотрудник (Дэвид Коллинз).
Команда д-ра Ай разработала и продемонстрировала полнофункциональную лабораторную прототипную систему и в настоящее время ищет гранты для коммерциализации этой технологии в качестве настольного оборудования, которое имеет широкое применение в биологических исследованиях, клинической диагностике и клеточной терапии.