Imec y Sarcura presentan detección escalable en chip de glóbulos blancos humanos

Figura 1: Imagen del citómetro de flujo en chip.

Figura 2: (izquierda) Sección transversal esquemática de la pila de capas del chip, que muestra la acoplamiento de luz en el chip, la iluminación de las células, así como la captura y detección de las señales de dispersión celular. (derecha) Diagrama de dispersión experimental de una muestra completa de monocitos de sangre periférica, medida con el citómetro de flujo en el chip.

Imec, un centro de investigación e innovación líder a nivel mundial en nanoelectrónica y tecnologías digitales, y Sarcura GmbH, una startup tecnológica austriaca, presentan su prueba de concepto de un citómetro de flujo en chip con fotónica integrada.

Esta innovación, publicada el 20.05.2024 en Scientific Reports, una publicación de la Nature Publishing Group, ofrece una plataforma única para la detección y discriminación de leucocitos humanos y representa un gran avance en el camino hacia un análisis celular rentable, escalable y altamente paralelo.

La identificación precisa de células humanas es un proceso clave en la medicina moderna, fundamental para comprender los mecanismos de las enfermedades y desarrollar tratamientos dirigidos y personalizados. Con el auge de la producción celular, ahora es posible manipular células vivas para que sirvan como medicamentos, especialmente en terapias innovadoras como la inmunoterapia CAR-T contra el cáncer. La capacidad de identificar estas células terapéuticas en productos celulares complejos con alto rendimiento es crucial y a menudo requiere una respuesta rápida.

El método preferido hoy en día es la citometría de flujo, que permite caracterizar poblaciones celulares en función de sus propiedades físicas y químicas mientras pasan por un láser. Sin embargo, la implementación actual implica instrumentos voluminosos, procesos complejos y manuales (que representan un riesgo de contaminación) y altos costos operativos. Estos desafíos dificultan la disponibilidad y aplicación generalizada de terapias celulares en instalaciones descentralizadas. Para superar estas limitaciones, imec aprovecha su experiencia en tecnología CMOS, fotónica y microfluídica para automatizar, miniaturizar y paralelizar la citometría de flujo. En un estudio publicado en Scientific Reports, imec junto con Sarcura presenta un citómetro de flujo en chip con fotónica integrada. El chip opto-fluido fabricado en la línea piloto CMOS de 200 mm cuenta con una pila de materiales innovadora que permite tanto la iluminación de las células como la captura de la luz dispersa mediante guías de onda ópticas y la conducción precisa de las células hacia los puntos de detección mediante canales microfluídicos.

"La fotónica de silicio, como se demuestra con éxito en este nuevo chip fotónico, es un componente revolucionario y esencial que combina las capacidades de detección de células individuales con una paralelización masiva en una superficie significativamente reducida. Este avance abre nuevas posibilidades para abordar desafíos aún no resueltos en aplicaciones como la fabricación de terapias celulares", explica Daniela Buchmayr, CEO y cofundadora de Sarcura.

Niels Verellen, director científico de imec, comentó: "Por primera vez, hemos demostrado que se puede usar un chip biophotónico monolíticamente integrado para recopilar luz dispersa óptica, permitiendo distinguir linfocitos y monocitos en la muestra de sangre de un paciente, con un rendimiento comparable al de citómetros comerciales. La principal ventaja radica en la posibilidad de paralelizar densamente varios canales de flujo para aumentar el rendimiento del sistema." En una fase posterior, el diseño compacto y sin necesidad de alineación debería permitir la identificación de miles de millones de células en poco tiempo.

Es fundamental que la arquitectura del chip se integre de manera fluida con el módulo de clasificación celular Bubble-Jet desarrollado previamente por imec, que es compatible con la fabricación a escala de obleas. Además, los componentes fotónicos y el diseño pueden adaptarse a las aplicaciones específicas. Esta prueba de concepto representa un paso importante hacia plataformas de clasificación celular rentables, escalables y altamente paralelizables.