Akustofluidická technologie umožňuje rychlou detekci malých extracelulárních váčků

Nedávný výzkum dosáhl významného pokroku v akustofluidních technologiích pro účinnou izolaci a detekci malých extracelulárních váčků specifických pro biomarkery (SEV). Analýza rychlé a vysoké citlivosti klinických vzorků s nízkým objemem však zůstává náročná a často vyžaduje vícestupňové předzpracování a objemné vybavení. Integrací mikrostruktur ostrého okraje s akusticky indukovanými víry umožňujeme pro okamžité odečty fluorescence selektivní velikosti komplexů vázaných na cíl. „Akustofluidické čipy využívají lokalizované akustické streamování pro prostorově oddělené konjugáty mikrobudin-sev z nevázaných nanočástic a dosahují šestinásobného zlepšení signálu pro EGFR-pozitivní SEV za pouhých 20 minut,“ vysvětlil autor studie Tony Jun Huang. Platforma kombinuje (A) protilátkové mikrokuličky pro specifické zachycení SEV, (b) akustické víry indukované ostrého okraje pro koncentrování komplexů korálků a (c) kvantifikace fluorescence na čipu pomocí mikroskopie. „Toto integrované řešení poskytuje přenosnou, nízkonákladovou alternativu k westernovým přenosem, což eliminuje komplexní předzpracování při zpracování vzorků až 50 ul,„Zdůraznili autory. Vyvinuli tedy akustofluidické zařízení obsahující mikrokanály PDMS s zabudovanými strukturami ostrého okraje, aktivované piezoelektrickým bzučákem za účelem generování kontrolované dynamiky tekutin pro cílenou izolaci a detekci SEV.

Acoustofluidická zařízení využívají interakci mezi zvukovými vlnami a mikrostruktury pro manipulaci s částicemi. Geometrie ostrého okraje amplifikují lokalizované rychlosti akustického proudu a vytvářejí víry, které zachycují velké částice (> 1 um), přičemž umožňují volně proudit nanočástice (<400 nm). „Synergie mezi akustickým radiačním silou (centripetální) a tažnou silou (tangenciální) umožňuje stabilní zachycení agregátů korálků ve vírových centrech,“ prokázala simulace COMSOL (obr. 2F). Při aktivaci (90 VPP, 4 kHz) se 5-um kuličky rychle koncentrát na špičky mikrostruktury během 120 s, zatímco 400 nm nanočástice zůstávají dispergované validovány prostřednictvím fluorescenčního zobrazování v reálném čase (obr. 3). Tato velikost selektivní zachycení tvoří základ pro specifickou detekci SEV.

Pro ověření klinického užitečnosti byly EGFR-pozitivní SEV z HeLa buněk zachyceny pomocí anti-EGFR-potažených kuliček a naloženy do zařízení. Acoustofluidické obohacení poskytlo poměr intenzity fluorescence (FIR) 6,00 ± 0,46, což je výrazně vyšší než EGFR-negativní kontroly (1,01 ± 0,03, p = 0,010) (obr. 5D). Specifičnost byla potvrzena pomocí anti-CD63 kuliček (pozitivní kontrola) a IgG kuliček (negativní kontrola). „Modulární design platformy umožňuje přepínání biomarkerů pouhým změnou povrchových protilátek korálků,“ umožňuje přizpůsobitelnou detekci různých SEV subpopulací. Ve srovnání s westernovým přenosem (5+ hodin) zařízení zkracuje praktickou dobu na 20 minut při zachování vysoké specificity (obr. 5F). Současná omezení však zahrnují uniformitu signálu suboptimální signál přes špičky mikrostruktury a omezenou kapacitu multiplexování. Budoucí práce se zaměří na paralelizované kanály pro simultánní analýzu a integraci více značek s downstream molekulárními profilováním. Společně tato akustofluidní technologie nabízí transformační nástroj pro diagnostiku založenou na SEV v oblasti péče, postupující kapalinu biopsie Aplikace při monitorování rakoviny a zdraví orgánů.

Mezi autory článku patří Jessica F. Liu, Jianping Xia, Joseph Rich, Shuaiguo Zhao, Kaichun Yang, Brandon Lu, Ying Chen, Tiffany Wen Ye a Tony Jun Huang.

Tato práce byla finančně podporována Národními ústavy zdravotnictví (Grant č. R01GM132603, R01GM141055 a R01GM135486), Národní vědeckou nadací (CMMI-2104295), National Science Graduate Research Fellowship (2139754) a Shared Materials Instrument).