Νέα τεχνολογία ακουστοφλουιδικής για ταχεία ανίχνευση μικρών εξωκυττάριων σωματιδίων
Πρόσφατες έρευνες έχουν επιτύχει σημαντικές προόδους στις ακουστοφλουιδικές τεχνολογίες για την αποτελεσματική απομόνωση και την ειδική ανίχνευση βιοδεικτών μικρών εξωκυττάριων σωματιδίων (sEVs). Παρ’ όλα αυτά, η γρήγορη και υψηλής ευαισθησίας ανάλυση κλινικών δειγμάτων χαμηλού όγκου παραμένει προκλητική, συχνά απαιτώντας πολυάριθμες διαδικασίες προετοιμασίας και ογκώδη όργανα. Με την ενσωμάτωση μικροδομών αιχμηρών άκρων και ακουστικά προκαλούμενων στροβιλισμών, επιτυγχάνουμε τη συγκέντρωση στόχων που συνδέονται με συγκροτήματα για άμεση ανάγνωση φθορισμού. “Το ακουστοφλουιδικό τσιπ αξιοποιεί το τοπικό ακουστικό ρεύμα για να χωρίσει χωρικά τους μικροσφαίρες-sEV συνδυασμούς από τα μη δεσμευμένα νανοσωματίδια, επιτυγχάνοντας 6 φορές μεγαλύτερη σήμανση για τα EGFR-θετικά sEVs σε μόλις 20 λεπτά,” εξήγησε ο συγγραφέας της μελέτης, Tony Jun Huang.
Λειτουργία και σχεδίαση της τεχνολογίας
Η πλατφόρμα συνδυάζει (α) μικροσφαίρες λειτουργικοποιημένες με αντισώματα για την ειδική σύλληψη των sEV, (β) στροβιλισμούς που προκαλούνται από αιχμηρές άκρες για τη συγκέντρωση των συγκροτημάτων μικροσφαιρών-sEV και (γ) ποσοτικοποίηση φθορισμού επί τσιπ μέσω μικροσκοπίας. “Αυτή η ενσωματωμένη λύση προσφέρει μια φορητή, χαμηλού κόστους εναλλακτική λύση στην ανάλυση Western blotting, εξαλείφοντας την περίπλοκη προετοιμασία ενώ επεξεργάζεται δείγματα μόλις 50 µl,” τόνισαν οι συγγραφείς. Έτσι, ανέπτυξαν μια ακουστοφλουιδική συσκευή που περιλαμβάνει ένα μικροκανάλι PDMS με ενσωματωμένες αιχμηρές δομές, ενεργοποιούμενη από έναν πιεζοηλεκτρικό ηχείο για τη δημιουργία ελεγχόμενης ροής υγρού για στοχευμένη απομόνωση και ανίχνευση sEV.
Κλινική χρησιμότητα και προοπτικές
Οι ακουστοφλουιδικές συσκευές εκμεταλλεύονται την αλληλεπίδραση μεταξύ των ηχητικών κυμάτων και των μικροδομών για να χειριστούν σωματίδια. Οι γεωμετρίες αιχμηρών άκρων ενισχύουν τις ταχύτητες τοπικού ακουστικού ρεύματος, δημιουργώντας στροβιλισμούς που παγιδεύουν μεγάλα σωματίδια (>1 µm) ενώ επιτρέπουν στα νανοσωματίδια (<400 nm) να ρέουν ελεύθερα. "Η συνέργεια μεταξύ της ακουστικής ραδιοφωνικής δύναμης (κεντρική) και της δύναμης τριβής (πλευρική) επιτρέπει τη σταθερή παγίδευση των συγκροτημάτων μικροσφαιρών-sEV στα κέντρα των στροβιλισμών," αποδείχθηκε από προσομοιώσεις COMSOL. Όταν ενεργοποιούνται (90 Vpp, 4 kHz), οι 5-µm μικροσφαίρες συγκεντρώνονται γρήγορα στις άκρες των μικροδομών εντός 120 δευτερολέπτων, ενώ τα 400-nm νανοσωματίδια παραμένουν διασκορπισμένα - επικυρωμένο μέσω πραγματικής φθορισμικής απεικόνισης. Αυτή η επιλεκτική παγίδευση αποτελεί τη βάση για την ειδική ανίχνευση των sEV.
Για να επικυρωθεί η κλινική χρησιμότητα, τα EGFR-θετικά sEVs από κύτταρα HeLa συλλέχθηκαν χρησιμοποιώντας μικροσφαίρες επικαλυμμένες με αντι-EGFR και φορτώθηκαν στη συσκευή. Η ακουστοφλουιδική εμπλουτισμένη ανάλυση παρήγαγε έναν λόγο έντασης φθορισμού (FIR) 6.00 ± 0.46, σημαντικά υψηλότερο από τους ελέγχους EGFR-αρνητικούς (1.01 ± 0.03, P = 0.010). Η ειδικότητα επιβεβαιώθηκε χρησιμοποιώντας μικροσφαίρες anti-CD63 (θετικός έλεγχος) και μικροσφαίρες IgG (αρνητικός έλεγχος). “Ο σχεδιασμός της πλατφόρμας επιτρέπει την εναλλαγή βιοδεικτών απλά αλλάζοντας τα αντισώματα στην επιφάνεια των μικροσφαιρών,” επιτρέποντας προσαρμοσμένη ανίχνευση διαφόρων υποπληθυσμών sEV. Σε σύγκριση με την ανάλυση Western blotting (5+ ώρες), η συσκευή μειώνει τον χρόνο εργασίας σε 20 λεπτά διατηρώντας υψηλή ειδικότητα. Ωστόσο, οι τρέχουσες περιορισμοί περιλαμβάνουν υποβέλτιστη ομοιογένεια σήματος σε όλη την επιφάνεια των μικροδομών και περιορισμένη ικανότητα πολυπλεξίας. Μελλοντική εργασία θα επικεντρωθεί σε παράλληλες διαδρομές για ταυτόχρονη ανάλυση πολλαπλών βιοδεικτών και ενσωμάτωσης με κατώτερη μοριακή προφίλ. Συλλογικά, αυτή η τεχνολογία ακουστοφλουιδικής προσφέρει ένα μετασχηματιστικό εργαλείο για διαγνωστικά sEV σημείου φροντίδας, προχωρώντας τις εφαρμογές υγρής βιοψίας στον καρκίνο και την παρακολούθηση της υγείας των οργάνων.
