Un nouveau dispositif de tri cellulaire accordable avec des applications biomédicales potentielles | Science Tokyo
Tri précis et sans étiquette de cellules de différentes tailles grâce à un réseau d'hydrogel PNIPAM sensible à la température
L'hydrogel de poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) subit des changements de taille importants mais précis entre 20 et 40 °C, ce qui en fait un excellent candidat pour une utilisation dans des dispositifs de réseaux à déplacement latéral déterministe (DLD) de taille variable. Des chercheurs de Science Tokyo ont construit une plateforme de tri cellulaire DLD accordable et ont vérifié sa capacité à trier des cellules cancéreuses de tailles définies à partir d'échantillons de sang. Cette plateforme pourrait permettre un tri cellulaire à haute résolution basé sur la taille pour une grande variété d'applications biomédicales.
Un dispositif de séparation cellulaire accordable modifie la sélectivité en fonction de la température
Isoler des types spécifiques de cellules de leur tissu environnant est une étape cruciale dans de nombreux processus de diagnostic médical. Par exemple, la détection de cellules cancéreuses dans le sang est nécessaire pour déterminer si le cancer s'est métastasé. Les techniques de tri cellulaire basées sur la taille, telles que le déplacement latéral déterministe (DLD), ont gagné en popularité ces dernières années, grâce à leur haut débit et à la préservation de l'activité métabolique des cellules isolées.
Le DLD utilise des réseaux de micropiliers précisément espacés. Les cellules plus petites qu'un certain diamètre critique ( D c ) sont déviées vers un côté du réseau, tandis que les cellules plus grandes que D c sont déviées vers le côté opposé. Toutefois, cela signifie qu'un dispositif DLD typique ne peut trier les cellules que sur la base d'un D c spécifique, ce qui limite son utilité. Cela signifie également que les dispositifs DLD risquent de s'encrasser et de se bloquer, car il n'existe aucun moyen efficace d'éliminer les objets de grand diamètre qui se coincent dans le réseau.
Une équipe de chercheurs de l'Institut des sciences de Tokyo (Science Tokyo), au Japon, a créé un dispositif DLD accordable utilisant des micropiliers d'hydrogel de poly( N -isopropylacrylamide) (PNIPAM). Ce projet a été dirigé par le professeur associé Takasi Nisisako et le professeur assistant Yusuke Kanno de l'Institut de recherche intégrée de Science Tokyo, avec l'étudiant diplômé Ze Jiang du département de génie mécanique de l'école d'ingénierie de Science Tokyo, au Japon. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Lab on a Chip le 3 septembre 2025.
Le PNIPAM subit des changements de taille précis entre 20 et 40 °C, ce qui en fait un excellent candidat pour un DLD à D c variable. "Dans nos travaux précédents, nous avons démontré l'existence d'un réseau de DLD thermoréactif sur un substrat en verre utilisant des micropiliers d'hydrogel composés de PNIPAM à l'intérieur d'un microcanal en poly(diméthylsiloxane) (PDMS)", explique Nisisako, qui ajoute : "L'approche basée sur le PNIPAM ne nécessite aucun équipement externe complexe de génération de champ, offre un processus de fabrication plus simple et facilite la séparation en fonction de la taille grâce à la modulation directe des dimensions des piliers en fonction de la température."
La dernière version du dispositif DLD de l'équipe se compose d'une base en silicium sur un élément Peltier. Des microcanaux PDMS liés par plasma au silicium transportent l'échantillon liquide et le fluide de gaine vers le microréseau PNIPAM. Deux sorties - L et S - à l'extrémité du réseau permettent de séparer les cellules triées du reste de l'échantillon. "L'utilisation du silicium, choisi pour sa conductivité thermique supérieure, a permis un contrôle plus précis de D c", explique Nisisako en énumérant les améliorations apportées à cette version. Il ajoute : "Le collage par plasma du canal PDMS sur le substrat de silicium a permis un fonctionnement stable à pression positive sur toute une gamme de débits. De plus, en employant une nouvelle résine photosensible à base de PNIPAM avec une concentration en polymère plus élevée, nous avons fabriqué des micropiliers d'une hauteur allant jusqu'à 30 μm, adaptés au traitement de diverses particules biologiques."
L'équipe a vérifié l'accordabilité de son dispositif en utilisant des échantillons de sang dopés avec des cellules d'adénocarcinome mammaire Michigan Cancer Foundation-7 (MCF-7). Avec un diamètre moyen de 17 μm, les cellules MCF-7 sont nettement plus grandes que les cellules sanguines. L'équipe a fait passer l'échantillon dans le réseau à 25 °C ( D c = 14,1 μm) et a obtenu une efficacité de tri de 90 % des cellules MCF-7 dans la sortie L. À 26 °C ( D c = 18,5 μm), un nombre similaire de cellules MCF-7 a été observé dans les deux sorties, mais celles de la sortie L étaient systématiquement plus grandes que celles de la sortie S. À 37 °C ( D c = 29 μm), toutes les cellules MCF-7 se trouvaient à la sortie S.
Forte de la validation réussie de son dispositif de DLD accordable, Nisisako entend vérifier ses performances lorsqu'elle l'utilise avec des échantillons biologiques réels provenant de patients. "La précision, la polyvalence et la fiabilité de cette plateforme soulignent son potentiel pour le tri à haute résolution basé sur la taille, ce qui en fait un outil prometteur pour un large éventail d'applications biomédicales", ajoute-t-il, indiquant de nouvelles utilisations passionnantes pour cette technologie.
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