Integracja technologii krzemowych mikroczipów oraz sieci niewielkich rozmiarów kanałów przepływowych o grubości mniejszej niż ludzki włos przyniosła opracowanie rewolucyjnego mikroinkubatora do hodowli żywych komórek do testów laboratoryjnych.
Badacze z Johns Hopkins University piszą na łamach “IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems”, że ich mikroinkubator, który pozwolił na trzydniową, eksperymentalną i bezproblemową hodowlę komórek nerki chomika, jest zdecydowanym postępem w wykorzystaniu urządzeń do inkubacji w ponad stuletniej historii hodowli komórkowych.
Od początku dwudziestego wieku, techniki kultur komórkowych w laboratoriach biologicznych niewiele się zmieniły. Żywe komórki i składniki pokarmowe są nakładane na szalkę i następnie umieszcza się je w tradycyjnym inkubatorze często wielkości małej lodówki. Naukowcy muszą zadbać aby temperatura wewnątrz pozostała stała, aby ze środowiska nie dostały się żadne zanieczyszczenia oraz o prawidłowy poziom wilgotności, tlenu i dwutlenku węgla. Kiedy szalka jest wyjmowana z inkubatora w celu sprawdzenia wzrostu hodowli, te optymalne warunki są natychmiast naruszane i komórki zaczynają wymierać.
Mikrokanały inkubatora na czipie są wytworzone w silikonowym polimerze i pozwalają na umieszczanie w nich pojedycznych komórek. Przez kanały te przepływają składniki odżywcze, a komputer utrzymuje optymalną dla komórkowych podziałów i rozwoju temperaturę. Transparentna budowa mikroczipu pozwala na oglądanie komórek pod mikroskopem.
Mikroczipowy inkubator wymaga jedynie kropli substancji odżywczych. Całość podłączona jest do komputera, który np. dla ludzkich komórek podtrzymuje temperaturę hodowli równą 37°C. Badacze mówią, że kolejnym krokiem będzie dopracowanie mikroczipu tak, aby powstał w wersji bezprzewodowej. Cienka półprzepuszczalna błona, którą pokryty jest mikroinkubator, zapewnia wymianę gazów (tlenu i dwutlenku węgla), jednocześnie zabezpiecza urządzenie przed infekcją bakteriami. Gdy komórki rozrosną się w liczną kulturę, część z nich obumiera. I właśnie tych komórek można się łatwo pozbyć wprowadzając do przepływowych mikrokanałów odpowiedni enzym.
Niewielki wymiar inkubatora zapewnia wiele korzyści. Jednostka może być łatwo przenoszona do różnych mikroskopów lub innych narzędzi używanych w laboratoriach bez narażania zdrowia i kondycji kultur komórkowych. Mały rozmiar i względnie niewysoki koszt powinny umożliwić naukowcom prowadzenie wielu eksperymentów niezależnie na stosunkowo niewielkiej przestrzeni. System może być zasilany na baterie, więc mikro-inkubator może być wykorzystywany także poza laboratorium do testów terenowych. „Dużą zaletą niewielkich rozmiarów urządzenia jest fakt iż można szybko zmienić temperaturę w środowisku kultur komórkowych. Mikro-inkubator może zmienić temperaturę od pokojowej do 37°C w mniej niż 10 sekund”, mówi Blain Christen.
Andreas G. Andreou professor z Department of Electrical and Computer Engineering, który współpracował z Blain Christenem mówi: “To urządzenie wspaniale łączy dwie technologie i wierzę, że będzie ono miało duży wpływ na rozwój biologicznych testów laboratoryjnych“.
Plany na przyszłość? Autorzy publikacji Blain Christen i Andreou mówią: “Niech mikro-inkubator umożliwia wizualizację komórek i tkanek za pomocą detektorów światła optycznego oraz niech ma zdolność do stymulowania i zdobywania informacji o aktywności elektrycznej komórek“.
Joanna Kasprzak (Czwojdrak), hlbiotech
źródło: BiologyNewsNet, EurekAlert!
———————————
Oryginalna publikacja: Christen, J.B., Andreou, A.G., “Design, Fabrication, and Testing of a Hybrid CMOS/PDMS Microsystem for Cell Culture and Incubation”, IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, 2007, Volume: 1, Issue: 1, on page(s): 3-18 doi:10.1109/TBCAS.2007.893189
