Однако эта ситуация может измениться с появлением платформ на основе микрожидкостных чипов. Одна из таких недавно разработанных платформ была разработана группой японских исследователей.
Их система позволяет ученым быстро отображать флуоресцентные клетки, выросшие внутри чипа, с помощью датчика изображения CMOS, той же технологии, что и в камере смартфона. Новая система, описанная на этой неделе в AIP Advances от AIP Publishing, имеет множество потенциальных применений в биомедицинских исследованиях.
«Обычные настольные оптические микроскопы — мощные инструменты для исследователей, но они не подходят для полностью автоматизированных систем из-за затрат и необходимости хорошо обученных технических специалистов», — сказал Хироаки Такехара, который занимается исследованиями устройств автоматизированной обработки клеток в университете. Токио и является одним из авторов исследования.
Чтобы разработать систему на кристалле, он объединился с соавтором Джун Охта из Института науки и технологий Нары, экспертом в технологии датчиков изображения CMOS.Другие группы ранее разрабатывали системы флуоресцентной микроскопии на основе микросхем, но для этих установок требовалось, чтобы образец располагался непосредственно на микросхеме датчика изображения, что создавало риск перекрестного загрязнения.
Эти системы не могут быть действительно высокопроизводительными, потому что сенсорные чипы необходимо мыть в перерывах между использованием.Такехара и его коллеги разработали одноразовые чипы, чтобы преодолеть эти ограничения. Чип содержит микрофлюидные каналы, специально разработанные для культивирования клеток и введения питательных сред, лекарств и других биологических молекул. Чип имеет ультратонкое стеклянное дно, которое минимизирует расстояние между ячейками и контактным датчиком внизу.
Датчик изображения CMOS обнаруживает флуоресценцию, излучаемую клетками, превращает ее в электронный сигнал, а затем восстанавливает изображение.Чтобы продемонстрировать эффективность своей системы, исследователи вырастили клетки, содержащие флуоресцентные красители в ядрах микроканалов.
Когда они подвергали клетки действию фактора роста эндотелия (EGF), который вызывает пролиферацию клеток, культуры испускали более интенсивный сигнал флуоресценции, чем культуры, которые не были обработаны EGF, что указывает на то, что датчик обнаружил рост клеток.Авторы признают, что платформа для флуоресцентной микроскопии на кристалле дает изображения с более низким пространственным разрешением, чем у обычных флуоресцентных микроскопов, но предлагает преимущество совместимости с полностью автоматизированными системами. Небольшой размер и доступность платформы также делают ее привлекательной для использования в имплантируемых устройствах для измерения глюкозы или даже активности мозга.
В своей будущей работе Такехара планирует изучить использование платформы для мониторинга производства стволовых клеток для использования в регенеративной медицине и для скрининга новых лекарств.«Чрезмерная стоимость разработки новых фармацевтических препаратов и срочная потребность в [доступных] технологиях скрининга стали насущной проблемой», — сказал Такехара. «Полностью автоматизированная система, от обработки проб до обнаружения, без необходимости в хорошо обученных технических специалистах является ключевой технологией и играет ключевую роль в разработке экономичного скрининга на основе клеток».