Un système microfluidique doté de pouvoirs de séparation des cellules pourrait révéler comment de nouveaux agents pathogènes attaquent

Pour développer des thérapies efficaces contre les agents pathogènes, les scientifiques doivent d’abord découvrir comment ils attaquent les cellules hôtes. Un moyen efficace de mener ces enquêtes à grande échelle consiste à effectuer des tests de dépistage à grande vitesse appelés dosages.

Des chercheurs de l’Université Texas A&M ont inventé une méthode de séparation cellulaire à haut débit qui peut être utilisée en conjonction avec la microfluidique des gouttelettes, une technique par laquelle de minuscules gouttes de liquide contenant une cargaison biologique ou autre peuvent être déplacées avec précision et à grande vitesse. Plus précisément, les chercheurs ont réussi à isoler les agents pathogènes attachés aux cellules hôtes de ceux qui n’étaient pas attachés dans une seule gouttelette de fluide à l’aide d’un champ électrique.

«Outre la séparation cellulaire, la plupart des tests biochimiques ont été convertis avec succès en systèmes microfluidiques de gouttelettes qui permettent des tests à haut débit», a déclaré Arum Han, professeur au Département de génie électrique et informatique et chercheur principal du projet. «Nous avons comblé cette lacune, et maintenant la séparation cellulaire peut être effectuée à haut débit dans la plate-forme microfluidique de gouttelettes. Ce nouveau système simplifie certainement l’étude des interactions hôte-pathogène, mais il est également très utile pour la microbiologie environnementale ou les applications de criblage de médicaments. .  »

Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans le numéro d’août de la revue Lab on a Chip.

Les dispositifs microfluidiques sont constitués de réseaux de canaux ou de tubes micrométriques qui permettent des mouvements contrôlés de fluides. Récemment, la microfluidique utilisant des gouttelettes d’eau dans l’huile a gagné en popularité pour un large éventail d’applications biotechnologiques. Ces gouttelettes, qui sont des picolitres (ou un million de fois moins qu’un microlitre) en volume, peuvent être utilisées comme plates-formes pour réaliser des réactions biologiques ou transporter des matières biologiques. Des millions de gouttelettes dans une seule puce facilitent les expériences à haut débit, économisant non seulement de l’espace de laboratoire, mais aussi le coût des réactifs chimiques et du travail manuel.

Les analyses biologiques peuvent impliquer différents types de cellules dans une seule gouttelette, qui doivent finalement être séparées pour des analyses ultérieures. Cette tâche est extrêmement difficile dans un système microfluidique à gouttelettes, a déclaré Han.

«Obtenir la séparation des cellules dans une minuscule gouttelette est extrêmement difficile car, si vous y réfléchissez, il s’agit d’abord d’une minuscule gouttelette de 100 microns de diamètre, et deuxièmement, dans cette très petite gouttelette, plusieurs types de cellules sont tous mélangés», a-t-il déclaré. .

Pour développer la technologie nécessaire à la séparation cellulaire, Han et son équipe ont choisi un système modèle hôte-pathogène composé de la bactérie salmonelle et du macrophage humain, un type de cellule immunitaire. Lorsque ces deux types de cellules sont introduits dans une gouttelette, certaines bactéries adhèrent aux cellules macrophages. Le but de leurs expériences était de séparer les salmonelles qui se fixaient au macrophage de celles qui ne le faisaient pas.

Pour la séparation des cellules, Han et son équipe ont construit deux paires d’électrodes qui ont généré un champ électrique oscillant à proximité immédiate de la gouttelette contenant les deux types de cellules. Puisque les bactéries et les cellules hôtes ont des formes, des tailles et des propriétés électriques différentes, ils ont constaté que le champ électrique produisait une force différente sur chaque type de cellule. Cette force a entraîné le mouvement d’un type de cellule à la fois, séparant les cellules en deux emplacements différents dans la gouttelette. Pour séparer la gouttelette mère en deux gouttelettes filles contenant un type de cellules, les chercheurs ont également réalisé une jonction de séparation en forme de Y en aval.

Han a déclaré que bien que ces expériences aient été menées avec un hôte et un agent pathogène dont l’interaction est bien établie, leur nouveau système microfluidique équipé d’une séparation en goutte est plus utile lorsque la pathogénicité des espèces bactériennes est inconnue. Il a ajouté que leur technologie permet un criblage rapide et à haut débit dans ces situations et pour d’autres applications où la séparation des cellules est nécessaire.

«Les mains robotiques de manipulation de liquides peuvent effectuer des millions de tests mais sont extrêmement coûteuses. La microfluidique des gouttelettes peut faire la même chose avec des millions de gouttelettes, beaucoup plus rapidement et beaucoup moins cher», a déclaré Han. «Nous avons maintenant intégré la technologie de séparation des cellules dans les systèmes microfluidiques de gouttelettes, permettant la manipulation précise des cellules en gouttelettes de manière à haut débit, ce qui n’était pas possible auparavant.