Микрофлюидальная система растворяет клетки для биохимических анализов

В последние годы при изучении внутреннего строения клеток сделано немало важных открытий. Одни исследователи изолировали и идентифицировали нуклеиновые кислоты и протеины с их «особыми» свойствами, другие — распутали тугие клубки регуляторных и рабочих механизмов, лежащих в основе взаимодействий биохимических и фармацевтических компонентов внутри клеток. Ну а Дэйв Оу и его коллеги из Агентства по науке, технологии и исследованиям ASTAR (Сингапур) разработали новую технологию «открытия» внутриклеточного содержимого для биохимического анализа.

Существует широкий спектр методов дезинтеграции (или растворения) клеточной мембраны с последующим релизом содержавшихся внутри биомолекул. Большинство этих способов полагается на использование ультразвука для растворения клеток. При этом приходится с осторожностью проводить кратковременные сеансы ультразвукового давления, чередуя их с периодами релаксации образца во избежание перегрева протеинов из-за диссипации механической энергии.

При приложении ультразвука к жидкости происходят быстрые изменения локальных давлений, что вызывает формирование маленьких пузырьков, которые осциллируют в размерах и генерируют циклическое касательное напряжение. Эти быстро пульсирующие пузырьки при взрыве продуцируют малые ударные волны, которые могут быть достаточно мощными для того, чтобы вызвать разрыв клеточной мембраны.

В рассматриваемой работе исследователи генерировали микропузырьки в меандрическом микрожидкостном канале, вводя газ через отдельный порт для формирования интерфейса «газ — жидкость», с последующим применением ультразвуковой системы.

Учёные протестировали производительность своего микрожидкостного устройства на генетически изменённой бактерии и дрожжевой культуре, экспрессирующей флюоресцентный протеин. Было показано, что бактерия полностью дезинтегрируется за 400 миллисекунд ультразвукового воздействия. В случае же проявивших здоровую тягу к жизни дрожжей концентрация высвобожденной клеткой флюоресцирующей ДНК вышла на плато менее чем за секунду (а это значит — одной секунды достаточно, чтобы растворить подавляющее большинство клеток многоклеточного организма).

При этом, что важно с практической точки зрения, никакого существенного разогрева образцов не наблюдалось — и всё благодаря микрожидкостному подходу. Большое отношение площади поверхности микрожидкостного окружения к его объёму означает, что невеликое количество произведённого тепла быстро рассеивается с развитой поверхности за пределы образца.

О подробностях исследования сообщено в статье, опубликованной в журнале Lab on a Chip.

Подготовлено по материалам A*STAR Research.

В последние годы при изучении внутреннего строения клеток сделано немало важных открытий. Одни исследователи изолировали и идентифицировали нуклеиновые кислоты и протеины с их «особыми» свойствами, другие — распутали тугие клубки регуляторных и рабочих механизмов, лежащих в основе взаимодействий биохимических и фармацевтических компонентов внутри клеток. Ну а Дэйв Оу и его коллеги из Агентства по науке, технологии и исследованиям ASTAR (Сингапур) разработали новую технологию «открытия» внутриклеточного содержимого для биохимического анализа.

Существует широкий спектр методов дезинтеграции (или растворения) клеточной мембраны с последующим релизом содержавшихся внутри биомолекул. Большинство этих способов полагается на использование ультразвука для растворения клеток. При этом приходится с осторожностью проводить кратковременные сеансы ультразвукового давления, чередуя их с периодами релаксации образца во избежание перегрева протеинов из-за диссипации механической энергии.

При приложении ультразвука к жидкости происходят быстрые изменения локальных давлений, что вызывает формирование маленьких пузырьков, которые осциллируют в размерах и генерируют циклическое касательное напряжение. Эти быстро пульсирующие пузырьки при взрыве продуцируют малые ударные волны, которые могут быть достаточно мощными для того, чтобы вызвать разрыв клеточной мембраны.

В рассматриваемой работе исследователи генерировали микропузырьки в меандрическом микрожидкостном канале, вводя газ через отдельный порт для формирования интерфейса «газ — жидкость», с последующим применением ультразвуковой системы.

Учёные протестировали производительность своего микрожидкостного устройства на генетически изменённой бактерии и дрожжевой культуре, экспрессирующей флюоресцентный протеин. Было показано, что бактерия полностью дезинтегрируется за 400 миллисекунд ультразвукового воздействия. В случае же проявивших здоровую тягу к жизни дрожжей концентрация высвобожденной клеткой флюоресцирующей ДНК вышла на плато менее чем за секунду (а это значит — одной секунды достаточно, чтобы растворить подавляющее большинство клеток многоклеточного организма).

При этом, что важно с практической точки зрения, никакого существенного разогрева образцов не наблюдалось — и всё благодаря микрожидкостному подходу. Большое отношение площади поверхности микрожидкостного окружения к его объёму означает, что невеликое количество произведённого тепла быстро рассеивается с развитой поверхности за пределы образца.

О подробностях исследования сообщено в статье, опубликованной в журнале Lab on a Chip.

Подготовлено по материалам A*STAR Research.