Secuenciación del ADN con tecnología de microfluídicos basada en gotas

La tecnología de generación de gotas permite a los investigadores realizar investigaciones a gran escala con un tamaño mínimo de muestra, un método que puede hacer que la secuenciación del ADN sea más eficiente y económica. Además, puede ayudar a identificar pequeñas variaciones intracelulares asociadas al diagnóstico de cáncer. En este trabajo se discuten las aplicaciones de la generación de gotas en el análisis de ADN y se muestran los ajustes básicos necesarios para realizar experimentos con Microfluidos de gotas.

1 Oportunidades y desafíos para el análisis del ADN

Los científicos analizan el ADN para identificar mutaciones cancerosas, caracterizar anticuerpos humanos y distinguir microorganismos. El análisis de ADN implica una variedad de tecnologías, entre ellas el uso de conjuntos de sondas de secuencia conocidas o la secuenciación de genomas con plataformas de secuenciación de próxima generación (ngs) (1).

La plataforma NGS utiliza una matriz de chips para realizar análisis paralelos a gran escala, que pueden detectar cientos de millones de moléculas al mismo tiempo, reduciendo así los costos y mejorando la eficiencia [1].

Sin embargo, la capacidad de análisis de las matrices de chips tradicionales es limitada y requiere sistemas adicionales de tratamiento de fluidos y mezcla de reactivos, lo que aumenta la complejidad del proceso experimental y limita el rendimiento total. Para reducir el costo de secuenciación de cada base, generalmente es necesario procesar varias muestras en paralelo, y la marca de código de barras, aunque puede aliviar parcialmente este problema, aumenta el tiempo del proceso experimental [1].

2 Tecnología de microfluídicos basada en gotas

La tecnología de gotas microfluídicas consiste en utilizar fases no miscibles (generalmente fase de agua y fase de aceite) para generar gotas discretas y controlar con precisión la generación de gotas a alta velocidad a través de bombas microfluídicas [3]. Sus principales ventajas incluyen:

• Demanda de bajo volumen de muestra

• Alto grado de automatización

• Alto rendimiento

• Bajo costo

· los equipos de microfluídico pueden controlar el volumen de fluidos de manera rápida y precisa y mejorar el rendimiento del análisis de adn. Por ejemplo, la tecnología de microfluídico de gotas puede lograr la generación y clasificación de miles de gotas por segundo [1].

Cada gota es una cámara de reacción independiente y es adecuada para aplicaciones como el recuento molecular de PCR digital, el cribado de cristalización de proteínas y el análisis de expresión genética. El número de reacciones puede ampliarse con el aumento de la tasa de generación de gotas, mientras que la reducción del volumen de gotas puede reducir el consumo de reactivos y hacer que el experimento sea más flexible [1].

En general, la tecnología puede realizar cientos de millones de reacciones con un consumo mínimo de reactivos, lo que mejora en gran medida la eficiencia experimental y reduce los costos. Sin embargo, a diferencia de la detección de puntos fijos basada en la matriz de chips, las gotas fluyen en canales microfluídicos y no pueden marcar los resultados de la reacción a través de la información de ubicación, por lo que se necesitan métodos de marcado adicionales [1].

3 Secuenciación del genoma unicelular de alto rendimiento

Las técnicas tradicionales de secuenciación suelen ser difíciles de detectar pequeñas variantes en el genoma, por lo que los científicos utilizan la secuenciación de todo el genoma de una sola célula para identificar las variantes del número de copias y las variantes de un solo nucleótido [2].

La secuenciación unicelular de alto rendimiento y escalable se puede lograr a través de la tecnología de microfluídico. Por ejemplo, un estudio utilizó la tecnología de etiquetado de código de barras para analizar el ADN genómico amplificado de una sola célula cancerosa. Este método es capaz de detectar células con mutaciones patógenas durante la remisión del cáncer y desvela complejos procesos evolutivos clonales de tumores de leucemia mieloide aguda (lma), información que no se puede capturar con métodos tradicionales de secuenciación [3]. Por lo tanto, se espera que esta tecnología mejore la precisión del análisis de heterogeneidad genómica del cáncer y optimice las estrategias de tratamiento personalizadas [3].

4 ¿¿ cómo iniciar el experimento?

La tecnología de microfluídico de gotas proporciona un método de análisis de ADN de alto rendimiento y bajo costo. Si desea realizar los experimentos pertinentes, los siguientes son los equipos básicos necesarios:

2 - 3 bombas microfluídicas(o una bomba con 2 - 3 canales, como la bomba 4u) - controla el flujo de fases continuas (fase de aceite) y dispersas (fase de agua). Se recomienda usar bombas de presión 4u o 2 - 3 bombas de inyección microfluídicas exigo, de las cuales las bombas de presión 4u pueden controlar cuatro canales de forma independiente para lograr un control de flujo estable y preciso.

• 2 - 3Sensores de flujo- - monitorear el flujo de la fase de aceite y la fase de agua en tiempo real para garantizar la estabilidad del líquido.

• Chip microfluídico- - generar gotas y garantizar la controlabilidad del tamaño de las gotas.

• Modificación química de la superficie del canal estable- - mejorar la estabilidad de las gotas.

• Tensoactivo- - estabilizar la interfaz aceite - agua y mejorar la estabilidad de las gotas.

• Fase petrolera- - mejorar la estabilidad de las gotas.

• Tuberías- - conecte la bomba con el chip microfluídico.

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Referencias

1. Abate, Adam R et al. “Análisis de secuencia de ADN con microfluidica basada en gotas.” Laboratorio en un chip vol. 13,24 (2013): 4864-9. DOI: 10.1039/c3lc50905b

2. Pellegrino, Maurizio et al. “Secuenciación de ADN de célula única de alto rendimiento de tumores de leucemia mieloide aguda con microfluidica de gotas.” Investigación del genoma vol. 28,9 (2018): 1345-1352. doi:10.1101/gr.232272.117

3. Sohrabi, S., & Moraveji, M. K. (2020). Microfluidica de gotas: Fundamentos y sus aplicaciones avanzadas. RSC Advances, 10(46), 27560-27574.