Imec i Sarcura prezentują skalowalną detekcję na chipie ludzkich białych krwinek

Abbildung 1. Abbildung des On-Chip-Durchflusszytometers. / Rysunek 1: Zdjęcie przepływomierza cytometrycznego na chipie.

Abbildung 2: (links) Schematischer Querschnitt des Chip-Schichtstapels, der die Lichteinkopplung in den Chip, die Beleuchtung der Zellen sowie die Erfassung und Detektion der Zellstreusignale zeigt. (rechts) Experimentelles Streudiagramm einer vollständigen mononukleären Probe aus peripherem Blut, gemessen mit dem On-Chip-Durchflusszytometer. / Figure 2: (Left) Schematic cross-section of the chip layer stack, indicating light coupling into the chip, cell illumination, and collection and detection of cell scattering signals. (Right) Experimental scatter plot of a full peripheral blood mononuclear sample measured with the on-chip flow cytometer.

Imec, światowy lider w dziedzinie badań i innowacji w zakresie nanoelektroniki i technologii cyfrowych, oraz Sarcura GmbH, austriacki startup technologiczny, prezentują swój proof-of-concept na chipowy cytometr przepływowy z zintegrowaną fotoniką.

Ta innowacja, opublikowana 20.05.2024 w Scientific Reports, będącej częścią grupy wydawniczej Nature Publishing Group, oferuje unikalną platformę do wykrywania i dyskryminacji ludzkich leukocytów i oznacza duży krok w kierunku taniej, skalowalnej i wysoce równoległej analizy komórek.

Precyzyjna identyfikacja ludzkich komórek jest kluczowym procesem we współczesnej medycynie, istotnym dla zrozumienia mechanizmów chorób oraz rozwoju celowanych i spersonalizowanych terapii. Wraz z rozwojem produkcji komórek, można teraz modyfikować żywe komórki tak, aby służyły jako środki terapeutyczne, szczególnie w przełomowych terapiach takich jak immunoterapia CAR-T przeciwko nowotworom. Umiejętność identyfikacji tych terapeutycznych komórek w złożonych produktach komórkowych o wysokiej przepustowości jest kluczowa i często czasochłonna.

Obecnie preferowaną metodą jest cytometria przepływowa, umożliwiająca charakteryzację populacji komórek na podstawie ich właściwości fizycznych i chemicznych, podczas gdy komórki przechodzą obok lasera. Jednak obecne rozwiązania obejmują duże instrumenty, skomplikowane i ręczne procedury (które stanowią ryzyko zanieczyszczenia) oraz wysokie koszty operacyjne. Te wyzwania utrudniają szerokie dostępność i zastosowanie terapii komórkowych w zdecentralizowanych placówkach. Aby pokonać te ograniczenia, imec wykorzystuje swoją wiedzę w zakresie technologii CMOS, fotoniki i mikrofluidyki, aby zautomatyzować, zminiaturyzować i zrównoleglić cytometrię przepływową. W badaniu opublikowanym w Scientific Reports, imec wraz z Sarcura przedstawia chipowy cytometr przepływowy z zintegrowaną fotoniką. Opto-fluidowy chip wyprodukowany na linii CMOS o rozmiarze 200 mm posiada przełomową warstwę materiałową, która umożliwia zarówno oświetlenie komórek, jak i rejestrację rozproszonego światła za pomocą falowodów optycznych, a także precyzyjne kierowanie komórek do punktów detekcji za pomocą mikrofluidycznych kanałów.

"Fotoniczna technologia krzemowa, tak jak została skutecznie zaprezentowana w tym nowatorskim chipie fotonicznym, jest rewolucyjnym i kluczowym elementem, który łączy możliwości detekcji pojedynczych komórek z masową równoległością na dramatycznie zmniejszonej powierzchni podstawowej. Ten przełom otwiera nowe możliwości rozwiązania dotychczas nierozwiązanych wyzwań w zastosowaniach takich jak produkcja terapii komórkowych", wyjaśnia Daniela Buchmayr, CEO i współzałożycielka Sarcura.

Niels Verellen, dyrektor naukowy w imec, zauważył: "Po raz pierwszy pokazaliśmy, że monolitycznie zintegrowany biophotoniczny chip może być używany do zbierania optycznego rozproszonego światła, co umożliwia rozróżnienie limfocytów i monocytów z próbki krwi pacjenta i może konkurować z wydajnością komercyjnych cytometrów. Główną zaletą jest możliwość gęstej równoległej pracy wielu kanałów przepływowych, co zwiększa przepustowość systemu." W kolejnej fazie kompaktowy, bezwymiarowy projekt powinien umożliwić identyfikację miliardów komórek w krótkim czasie.

Kluczowe jest, że architektura chipu może być bezproblemowo zintegrowana z wcześniej opracowanym przez imec modułem sortowania komórek Bubble-Jet, który jest kompatybilny z produkcją na skalę wafli. Ponadto, komponenty fotoniczne i układ mogą być dostosowane do konkretnych zastosowań. Ten proof-of-concept stanowi więc istotny krok w kierunku tanich, skalowalnych i wysoce równoległych platform do sortowania komórek.