Microfluidos de gotas para encapsulamiento de células y proteínas de alto rendimiento

1 Resumen

La generación de gotas es una tecnología poderosa para que los investigadores biomédicos obtengan análisis de alto rendimiento y bajo costo.[1]. Utilizando el método microfluídico, los científicos han mejorado los métodos de encapsulamiento celular y de proteínas. Los avances en estas tecnologías han traído resultados prometedores para el tratamiento de diversas enfermedades. Este artículo discutirá la aplicación de la generación de gotas en el encapsulamiento celular y de proteínas. También le mostraremos todo lo necesario para aprovechar al máximo los experimentos.

1.1 Tecnología de microfluídicos basada en gotas

La tecnología de microfluídicos basada en gotas es un método para producir gotas diminutas introduciendo dos fluidos no solubles en canales de microfluídicos. Por lo general, los investigadores manipulan la geometría del canal y ajustan la continuidad/ la velocidad de flujo de la fase dispersa para controlar el tamaño de la gota, [2]。

Las gotas a microescala tienen una velocidad de mezcla y transferencia de calor más rápida, lo que acelera el tiempo de reacción. Estas salas de aislamiento actúan de manera similar a los microreactores. Además, proporcionan un entorno de aislamiento físico y químico para evitar la contaminación cruzada entre las células, logrando así el encapsulamiento unicelular, el cultivo y el análisis[2]。

La tecnología tiene múltiples ventajas, como:

lRealizar el diseño del flujo de trabajo de selección de células enteras

lBajo consumo de reactivos

lBiocompatibilidad

lAlta sensibilidad

El encapsulamiento de gotas incluye una variedad de tecnologías. El método varía según el tipo y la cantidad de la muestra y el tiempo y el orden de reacción química necesarios. Se trata principalmente de diluir la muestra en la fase dispersa de la gota.

1.2 Encapsulamiento de proteínas

El encapsulamiento de proteínas en las microesferas es una estrategia terapéutica prometedora para el tratamiento de diversas enfermedades.[1]. La terapia proteica es extremadamente sensible a la degradación enzimática. Por lo tanto, encapsularlos en un portador puede proporcionar protección cuando se transportan a un lugar objetivo en el cuerpo [3].

Las dos estrategias comunes para obtener nanopartículas proteicas son la nanoprecipitación y la emulsión. Otro método es la emulsión, seguida del consumo de disolvente y la difusión del disolvente. La Plataforma microfluídica puede hacer que el proceso sea más eficiente y proporcionar tasas de Liberación de medicamentos más controlables.[3]。

La técnica permite a los investigadores basarse en la difusión a través de una red de hidrogeles o en la degradación de microgel/ degradación enzimática para personalizar la tasa de Liberación de la proteína encapsulada [1].

1.3 Encapsulamiento unicelular en gotas

La microencapsulación celular suele utilizar alginato. Sin embargo, este material tiene un control limitado sobre el microambiente celular. Un método de microfluídico utilizado para generar microgel sintético controlado por tamaño puede ayudar a resolver este problema. Esta tecnología permite controlar con precisión el tamaño de las gotas y se puede utilizar para fabricar películas tan delgadas como Microgel de 6 micras [1].

Los científicos pueden usar microfluídicos para encapsular células de pacientes humanos y líneas celulares cultivadas en gotas a altas tasas de flujo. En particular, las técnicas unicelulares basadas en gotas pueden aportar beneficios, ya que permiten a los investigadores manipular células individuales en microambientes aislados[2]。

Por lo general, las gotas contienen una solución de agua y células. Sin embargo, los investigadores utilizaron hidrogeles biocompatibles u otros polímeros para mantener el Cultivo celular a largo plazo. Cabe señalar que las células encapsuladas en gotas de hidrogel pueden sobrevivir durante una semana. Además, la Plataforma de microfluídico de gotas se puede combinar con varios métodos de análisis, incluyendo fluorescencia, espectrometría de masas y electroquímica.[2]。

2 Ejemplo de aplicación

2.1.Entrega de proteínas terapéuticas

El microgel implantado localmente puede representar una forma mínimamente invasiva de entregar proteínas terapéuticas, como factores de crecimiento y citocinas. También permite inyecciones de mosaico que contienen múltiples microgels para proporcionar curvas de Liberación complejas o entrega de proteínas múltiples[1]。

2.2 Trasplante

El encapsulamiento celular en el microgel ayuda al trasplante. Los investigadores pueden controlar el tamaño del microgel para reducir la infiltración inmune de las células trasplantadas, manteniendo al mismo tiempo el transporte de oxígeno y residuos. Esto ayuda a reducir la inmunosupresión después del trasplante[1]。

El microgel también puede fijar la célula al tamaño de trasplante requerido, que esImportantePorque muchas terapias celulares dependen de la administración de medicamentos por células de todo el cuerpo.[1]。

La síntesis de microgel también puede manipular el microambiente que encapsula las células madre, afectando la función de diferenciación y secreción.[1]。

2.3 Selección de alto rendimiento

La detección ayuda a la detección de medicamentos, la toxicidad y el análisis de afinidad de anticuerpos. Está diseñado para evaluar varios compuestos en poco tiempo. El encapsulamiento de gotas puede mejorar los resultados de detección de alto rendimiento, ya que las gotas altamente monodispersas proporcionan condiciones de reacción Uniformes.

3 ¿¿ qué necesita para empezar?

La tecnología de microfluídicos de gotas proporciona un análisis económico y eficiente de alto rendimiento. Las configuraciones para iniciar el experimento de generación de gotas son:

Bombas microfluídicas 2 - 3 x (o 2 - 3 canales en una bomba, como la bomba 4u) - para controlar el flujo de fases continuas (de aceite) y dispersas (de agua). Según la aplicación, recomendamosPuntoBomba de presión 4uO 2xPuntoBomba de inyección de microfluídico exigo.PuntoLa bomba de presión 4u tiene un caudal estable y preciso, que puede controlar cuatro canales diferentes de forma independiente, controlando la presión y el caudal. Puede usar su teléfono inteligente para programar la curva de flujo y gestionar eficazmente todas las funciones de la bomba.

lDos sensores de flujo para retroalimentar el control de flujo de la fase de aceite y la fase de agua.

lUn chip microfluídico con la geometría adecuada puede generar gotas para garantizar el tamaño de las gotasBien.

lLa química de la superficie del canal estable puede garantizar la estabilidad de las gotas.

lLos tensoactivos pueden estabilizar la interfaz entre la fase de aceite y la fase de agua y estabilizar las gotas.

lEl aceite de fase continua puede mejorar la estabilidad de las gotas. La tubería se puede conectar desde su bomba al chip microfluídico

PuntoSe puede proporcionar un kit completo o solo los componentes que desea. Para obtener más información sobre nuestros productos, preste atención a nosotros.

Cita

1. Headen, D., García, J. & García, A. Microfluidica de gotas paralelas para la encapsulación de células de alto rendimiento y la generación de microgel sintético. Microsyst Nanoeng 4, 17076 (2018).

2. Lin, Jin-Ming, ed. Microfluidics for Single-Cell Analysis. Springer, 2019.

3. Meng, Hu, et al. El papel de la microfluidica en formulaciones de proteínas con características funcionales pre-programadas. Biología: objetivos y terapia 12 (2018): 191.