Un nuevo dispositivo de clasificación celular sintonizable con posibles aplicaciones biomédicas
Clasificación precisa y sin etiquetas de células de distintos tamaños gracias a una matriz de hidrogel PNIPAM sensible a la temperatura
El hidrogel de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAM) experimenta cambios de tamaño significativos pero precisos entre 20 y 40 °C, lo que lo convierte en un candidato excelente para su uso en dispositivos de matriz de desplazamiento lateral determinista (DLD) de tamaño variable. Investigadores de Science Tokyo han construido una plataforma de clasificación celular DLD sintonizable y han comprobado su capacidad para clasificar células cancerosas de tamaños definidos a partir de muestras de sangre. Esta plataforma podría ofrecer una clasificación celular de alta resolución basada en el tamaño para una amplia variedad de aplicaciones biomédicas.
Un dispositivo de separación celular sintonizable cambia su selectividad en función de la temperatura
Aislar tipos específicos de células del tejido circundante es un paso crucial en muchos procesos de diagnóstico médico. Por ejemplo, la detección de células cancerosas en la sangre es necesaria para determinar si el cáncer ha hecho metástasis. Las técnicas de clasificación celular basadas en el tamaño, como el desplazamiento lateral determinista (DLD), se han popularizado en los últimos años gracias a su alto rendimiento y a la preservación de la actividad metabólica de las células aisladas.
El DLD utiliza matrices de micropilares espaciados con precisión. Las células menores que un determinado diámetro crítico ( D c ) se desvían hacia un lado de la matriz, mientras que las mayores que D c se desvían hacia el lado opuesto. Sin embargo, esto significa que un dispositivo DLD típico sólo puede clasificar células basándose en un D c específico, lo que limita su utilidad. Esto también significa que los dispositivos DLD corren el riesgo de ensuciarse y bloquearse, ya que no existe una forma eficaz de eliminar los objetos de gran diámetro que quedan atrapados en la matriz.
Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias de Tokio (Science Tokyo), en Japón, ha creado un dispositivo DLD sintonizable utilizando micropilares de hidrogel de poli( N -isopropilacrilamida) (PNIPAM). Este proyecto fue dirigido por el profesor asociado Takasi Nisisako y el profesor adjunto Yusuke Kanno, del Instituto de Investigación Integrada de Science Tokyo, junto con el estudiante de posgrado Ze Jiang, del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Escuela de Ingeniería de Science Tokyo (Japón). Su trabajo se publicó en la revista Lab on a Chip el 3 de septiembre de 2025.
La PNIPAM experimenta cambios precisos de tamaño entre 20 y 40 °C, lo que la convierte en una candidata excelente para un DLD con D c variable. "En nuestro trabajo anterior, demostramos una matriz de DLD termorreactiva sobre un sustrato de vidrio utilizando micropilares de hidrogel compuestos de PNIPAM dentro de un microcanal de poli(dimetilsiloxano) (PDMS)", explica Nisisako, y añade: "El método basado en PNIPAM no requiere un complejo equipo externo de generación de campos, ofrece un proceso de fabricación más sencillo y facilita la separación por tamaños mediante la modulación directa de las dimensiones de los pilares en función de la temperatura."
La última versión del dispositivo DLD del equipo consiste en una base de silicio sobre un elemento Peltier. Los microcanales de PDMS unidos por plasma al silicio transportan la muestra líquida y el fluido de cubierta a la micromatriz de PNIPAM. Dos salidas -L y S- en el extremo más alejado de la matriz permiten separar las células clasificadas del resto de la muestra. "El uso de silicio, elegido por su conductividad térmica superior, permitió un control más preciso de D c", afirma Nisisako, enumerando las mejoras de esta versión. Y añade: "La unión por plasma del canal de PDMS al sustrato de silicio permitió un funcionamiento estable a presión positiva en toda una gama de velocidades de flujo. Además, al emplear un nuevo fotorresistente basado en PNIPAM con mayor concentración de polímero, fabricamos micropilares de hasta 30 μm de altura, adecuados para procesar diversas partículas biológicas."
El equipo verificó la sintonizabilidad de su dispositivo utilizando muestras de sangre enriquecidas con células de adenocarcinoma de mama de la Michigan Cancer Foundation-7 (MCF-7). Con un diámetro medio de 17 μm, las células MCF-7 son mucho más grandes que las células sanguíneas. El equipo hizo pasar la muestra por la matriz a 25 °C ( D c = 14,1 μm) y logró una eficiencia de clasificación del 90% de las células MCF-7 en la salida L. A 26 °C ( D c = 18,5 μm), se observó un número similar de células MCF-7 en ambas salidas, pero las de la salida L eran sistemáticamente más grandes que las de la salida S. A 37 °C ( D c = 29 μm), todas las células MCF-7 se encontraban en la salida S.
Animado por la exitosa validación de su dispositivo DLD sintonizable, Nisisako pretende verificar su rendimiento cuando se utilice con muestras biológicas reales de pacientes. "La precisión, versatilidad y fiabilidad de esta plataforma subrayan su potencial para la clasificación de alta resolución basada en el tamaño, lo que la convierte en una herramienta prometedora para una amplia gama de aplicaciones biomédicas", añade, indicando nuevos usos interesantes para esta tecnología.
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