I samarbete med ETH Zürich, vårt team på IBM Research – Zurich publicerade en artikel som granskade interaktionen mellan vätskeflöden och biologiska celler. Vårt arbete visades på omslaget till numret av 23 maj Kemiska recensioner , en mycket citerad peer-reviewed vetenskaplig tidskrift publicerad av American Chemical Society.

Artikeln belyser vikten av hydrodynamik i studiet av både adherenta och suspenderade cellkulturer och betonar att utnyttja viktiga fysiska krafter för att påverka och manipulera celler i mikrofluidiska system.

En sådan artikel kan vara en värdefull resurs för life-science-forskare, genom att den tillhandahåller nödvändig information och verktyg för att förstå och tillämpa hydrodynamiska effekter och fenomen i samband med cellstudier. Det kan också vara relevant för forskare som ger sig in i detta tvärvetenskapliga område.

Hydrodynamiska fenomens roll

Intressant, hydrodynamiska fenomen är kritiska i nästan alla fysiologiska funktioner och levande organismer. Ett framträdande exempel är det kardiovaskulära systemet, varvid hjärtat - en mekanisk pump - upprätthåller blodflödet genom ett intrikat nätverk av blodkärl. Sådana hydrodynamiska fenomen är allestädes närvarande i levande organismer och kan användas för att manipulera celler eller efterlikna fysiologiska mikromiljöer som upplevs in vivo. Hydrodynamiska effekter påverkar flera cellulära egenskaper och processer inklusive cellmorfologi, intracellulära processer, cell−cellssignaleringskaskader och reaktionskinetik, och spelar en viktig roll vid encellig, flercells- och organnivå.

Utnyttja hydrodynamiska effekter

I den här artikeln, vi beskriver och formulerar den underliggande fysiken för hydrodynamiska fenomen som påverkar vidhäftande och suspenderade celler. Vi illustrerar också användningen av mikroenheter som kan utnyttja hydrodynamiken och visar hur utvalda hydrodynamiska effekter kan utnyttjas för att kontrollera mekaniska spänningar, analyttransport, såväl som lokal temperatur inom cellulära mikromiljöer.

Med bättre förståelse för vätskemekanik i mikrometerlängdsskala och med tanke på utvecklingen av mikroflödesteknologier, en ny generation av experimentella verktyg håller på att växa fram. Sådana verktyg ger kontroll över cellulära mikromiljöer och emulerar fysiologiska förhållanden med utsökt noggrannhet. Det är därför lägligt att utvärdera de koncept som ligger bakom den hydrodynamiska kontrollen av cellulära mikromiljöer och deras tillämpningar för att få några perspektiv på framtiden för sådana verktyg i in vitro-cellodlingsmodeller.

Mot personlig medicin

Vi tror att att få djupare kunskaper om vätskemekanik och att utveckla mikrofluidteknologier och system kommer att avsevärt påverka olika områden som cellbiologi, läkemedelsutveckling och medicinsk diagnostik. In vitro-cellodling och organ-på-chip-modeller blir allt viktigare i läkemedelsscreening och personlig medicin.