För att utveckla effektiva terapier mot patogener, forskare måste först avslöja hur de attackerar värdceller. Ett effektivt sätt att genomföra dessa undersökningar i stor skala är genom höghastighetsscreeningtest som kallas analyser.

Forskare vid Texas A&M University har uppfunnit en cellseparationsmetod med hög genomströmning som kan användas i kombination med droppmikrofluidik, en teknik där små droppar vätska som innehåller biologisk eller annan last kan flyttas exakt och med höga hastigheter. Specifikt, forskarna isolerade framgångsrikt patogener fästa vid värdceller från de som var obundna i en enda vätskedroppe med hjälp av ett elektriskt fält.

"Förutom cellseparation, de flesta biokemiska analyser har framgångsrikt omvandlats till droppmikrofluidsystem som tillåter testning med hög genomströmning, sa Arum Han, professor vid institutionen för elektro- och datateknik och huvudutredare av projektet. "Vi har åtgärdat detta gap, och nu kan cellseparation göras på ett sätt med hög genomströmning inom droppmikrofluidplattformen. Detta nya system förenklar verkligen att studera värd-patogen-interaktioner, men det är också mycket användbart för miljömikrobiologi eller läkemedelsscreening."

Forskarna rapporterade sina resultat i augustinumret av tidskriften Lab on a Chip .

Mikrofluidiska enheter består av nätverk av mikronstora kanaler eller rör som möjliggör kontrollerade rörelser av vätskor. Nyligen, mikrofluidik som använder vatten-i-olja droppar har vunnit popularitet för ett brett spektrum av biotekniska tillämpningar. Dessa droppar, som är pikoliter (eller en miljon gånger mindre än en mikroliter) i volym, kan användas som plattformar för att utföra biologiska reaktioner eller transportera biologiskt material. Miljontals droppar inom ett enda chip underlättar experiment med hög genomströmning, sparar inte bara laboratorieutrymme utan kostnaden för kemiska reagenser och manuellt arbete.

Biologiska analyser kan involvera olika celltyper inom en enda droppe, som så småningom måste separeras för efterföljande analyser. Denna uppgift är extremt utmanande i ett droppmikrofluidsystem, Sa Han.

"Att få cellseparation inom en liten droppe är extremt svårt eftersom, om du tänker efter, först, det är en liten droppe med en diameter på 100 mikron, och för det andra, inom denna extremt lilla droppe, flera celltyper är alla blandade, " han sa.

För att utveckla den teknik som behövs för cellseparation, Han och hans team valde ett värd-patogen modellsystem bestående av salmonellabakterien och den mänskliga makrofagen, en typ av immuncell. När båda dessa celltyper introduceras i en droppe, några av bakterierna fäster vid makrofagcellerna. Målet med deras experiment var att skilja salmonellan som fästes på makrofagen från de som inte gjorde det.

För cellseparation, Han och hans team konstruerade två par elektroder som genererade ett oscillerande elektriskt fält i närheten av droppen som innehåller de två celltyperna. Eftersom bakterierna och värdcellerna har olika former, storlekar och elektriska egenskaper, de fann att det elektriska fältet producerade olika krafter på varje celltyp. Denna kraft resulterade i förflyttning av en celltyp i taget, separera cellerna på två olika platser i droppen. För att separera moderdroppen i två dotterdroppar som innehåller en typ av celler, forskarna gjorde också en nedströms Y-formad klyvning.

Han sa att även om dessa experiment utfördes med en värd och patogen vars interaktion är väletablerad, deras nya mikrofluidsystem utrustat med droppseparation är mest användbart när patogeniciteten hos bakteriearter är okänd. Han tillade att deras teknik möjliggör snabba, screening med hög genomströmning i dessa situationer och för andra applikationer där cellseparation krävs.

"Robothänder som hanterar vätskor kan utföra miljontals analyser men är extremt dyra. Mikrofluidiska droppar kan göra samma sak i miljontals droppar, mycket snabbare och mycket billigare, Han sa. "Vi har nu integrerat cellseparationsteknik i droppmikrofluidsystem, möjliggör exakt manipulering av celler i droppar på ett sätt med hög genomströmning, vilket inte var möjligt tidigare."