Imec és Sarcura bemutatják a skálázható on-chip detektálást emberi fehérvérsejteken

Ábra 1. Az áramlási citométer chipen belüli ábrázolása. / Ábra 1: Az áramlási citométer chipen belüli képe.

Ábra 2: (balra) A chip rétegszerkezetének schematikus keresztmetszete, amely megmutatja a fény bevezetését a chipbe, a sejtek megvilágítását, valamint a sejtszórási jelek gyűjtését és detektálását. (jobbra) Kísérleti szórási diagram egy teljes perifériás vérből származó mononukleáris mintáról, amelyet az on-chip áramlási citométerrel mértek.

Az imec, egy világszerte vezető kutatási és innovációs központ a nanoelektronikában és digitális technológiákban, valamint a Sarcura GmbH, egy osztrák technológiai startup, bemutatják az On-Chip áramlási citométerük koncepcióját integrált fotonikával.

Ez az innováció, amelyet 2024.05.20-án publikáltak a Scientific Reportsban, a Nature Publishing Group részeként, egyedülálló platformot kínál az emberi leukociták felismerésére és megkülönböztetésére, és nagy lépés a költséghatékony, skálázható és magas szintű párhuzamosított sejtanalízis felé.

A humán sejtek pontos azonosítása kulcsfontosságú folyamat a modern medicinában, amely alapvető a betegségmechanizmusok megértésében és a célzott, személyre szabott kezelések kifejlesztésében. A sejtkutatás megjelenésével élő sejtek olyan módon dolgozhatók fel, hogy kezelési eszközökként szolgáljanak, különösen áttörést jelentő terápiákban, mint például a CAR-T immunsejtterápia a rák ellen. Ennek a terápiás sejtek azonosításának képessége, különösen komplex sejtkészletekben, magas átviteli sebességgel, döntő fontosságú és gyakran időérzékeny.

A jelenlegi módszer a folyadékáramlási citometria, amely lehetővé teszi a sejtközösségek jellemzését az egyes sejtek fizikai és kémiai tulajdonságai alapján, miközben egy lézer mellett haladnak el. Az alkalmazott technológia azonban jelenleg nagyméretű eszközöket, összetett és manuális munkafolyamatokat (amelyek szennyezésveszélyt jelentenek) és magas működési költségeket igényel. Ezek a kihívások akadályozzák a sejttérképező terápiák széleskörű elérhetőségét és alkalmazását decentralizált intézményekben. Az ilyen korlátok leküzdése érdekében az imec a CMOS-technológia, a fotonika és a fluidika szakértelmét használja fel az áramlási citometria automatizálására, miniaturizálására és párhuzamosítására. Egy, a Scientific Reportsban megjelent tanulmányban az imec és a Sarcura bemutatják az On-Chip áramlási citométert integrált fotonikával. Az imec 200 mm-es CMOS-prototípus gyártósorán készült opto-fluidikus chip egy forradalmi anyagszintű rétegből áll, amely lehetővé teszi a sejtek megvilágítását, a szórt fény gyűjtését hullámvezető optikák segítségével, valamint a sejtek pontos irányítását mikrofluidikus csatornákon keresztül a detektálási pontokhoz.

"A szilícium-fotonika, ahogy ezt az újszerű fotonikus chipet sikeresen demonstráltuk, egy forradalmi és alapvető építőelem, amely egyesíti az egyedi sejtek észlelésének lehetőségeit masszív párhuzamosítással, mindezt drámaian kicsinyített alapterületen. Ez az áttörés új lehetőségeket nyit meg a még megoldatlan kihívások kezelésében olyan alkalmazásokban, mint a sejttérképező terápiák gyártása" – magyarázza Daniela Buchmayr, a Sarcura ügyvezető igazgatója és társalapítója.

Niels Verellen, az imec tudományos igazgatója megjegyezte: "Először mutattuk be, hogy egy monolitikus integrációjú biophotonikus chip használható optikai szórt fény gyűjtésére, amely lehetővé teszi a limfociták és monociták megkülönböztetését egy beteg vérmintájából, és versenyképes a kereskedelmi citométerek teljesítményével. A fő előny a több áramlási csatorna sűrű párhuzamosításának lehetősége, amely növeli a rendszer átviteli képességét." A következő szakaszban a kompakt, irányításmentes kialakítás lehetővé tenné milliárd sejtek gyors azonosítását rövid idő alatt.

Lényeges, hogy a chip architektúrája zökkenőmentesen integrálható az imec által korábban kifejlesztett Bubble-Jet sejtszortírozó modulba, amely waferszintű gyártással kompatibilis. Emellett a fotonikus komponensek és a kialakítás testreszabhatóak az adott alkalmazásokhoz. Ez a koncepció bizonyíték egy lényeges lépés a költséghatékony, skálázható és magas szintű párhuzamosított sejtszortírozó platformok felé.