Акустична мікрофлюїдика допомогла виділити з крові екзосоми

За допомогою мікрофлюїдного пристрою вдалося виділити зі зразка крові екзосоми з чистотою фракції 98 відсотків. Для цього група вчених зі США об'єднала мікрофлюїдику з акустичними хвилями. Результати дослідження опубліковані в.

Виділення окремих фракцій з полідисперсних систем, наприклад зразків крові, - один з найбільш використовуваних мікрофлюїдних методів. Засновані на різних методах поділу пристрою вже зараз використовуються для виділення з крові еритроцитів, поділу ракових клітин і здорових або сепарації некліткових компонентів крові. Як правило, принципи методів засновані на відмінності частинок за щільністю, розмірами, заряду або пружними властивостями їх мембран.

Актуальним завданням для медичної діагностики зараз стало виділення з крові екзосом - позаклітинних везикул, які в організмі людини виконують функцію доставки речовин, наприклад білків і РНК, і взаємодії між клітинами. А в медичній діагностиці екзосоми пропонують використовувати в якості біомаркерів для визначення раку, захворювань нирок і нейродегенеративних захворювань.

У своїй новій роботі колектив вчених зі США розробив новий метод виділення екзосом зі зразка крові. Для цього вони запропонували поєднати мікрофлюїдну систему з тонких каналів з акустичними хвилями. Акустичні хвилі не вперше використовуються для управління колоїдними об'єктами в мікрофлюїдних пристроях, але вперше їх пропонують застосовувати для нерозбавлених проб крові.

Принцип дії акустичних хвиль полягає в наступному. Акустичний генератор створює дві послідовні акустичні хвилі в мікроканалі, спрямовані майже під прямим кутом до потоку. В результаті цього всередині каналу створюється періодичне поле тиску, так що колоїдні частинки (клітини, везикули та інші компоненти проби крові) прагнуть зайняти вузлові лінії. Оскільки частинки мають різний розмір і, відповідно, відчувають різний опір з боку рідини, то і до положень рівноваги вони рухаються з різною швидкістю, що дозволяє фракціонувати частинки за розміром. Однак як тільки частинки досягають рівноважного положення, рухатися далі поперек каналу вони вже не будуть незалежно від свого розміру. Тому, змінюючи частоту акустичної хвилі, можна керувати чутливістю поділу.

Запропонований у цій роботі пристрій складається з двох основних модулів з різною частотою акустичних коливань. За допомогою першого модуля і акустичної хвилі частотою близько 20 мегагерц вчені спочатку видалили зі зразка всі об'єкти розміром більше 1 мікрону. У першу чергу, це клітини крові - еритроцити, лейкоцити і тромбоцити. Таким чином була утворена фаза, що складається з суміші дрібних об'єктів, в основному позаклітинних везікул. На другому етапі дослідники використовували акустичні коливання частотою близько 40 мегагерц, що дозволило їм виділити необхідну фракцію екзосом розміром близько 110 нанометрів.

Спочатку вчені перевірили окремі компоненти пристрою на модельних системах, що складаються з полістирольних сферичних частинок різного розміру, а потім перейшли до виділення необхідної фракції екзосом вже з проби крові. За твердженням авторів роботи, в результаті двостадійного поділу їм вдалося домогтися абсолютно чистої фракції, що на 98 відсотків складається з екзосом.

Крім високого виходу, дослідники відзначають можливість практично автоматичної обробки проби крові без попередньої підготовки. Це призводить до помітного підвищення швидкості аналізу і, наприклад, дозволяє обробити пробу крові об'ємом 100 мікролітрів всього за 25 хвилин.

Поділ на окремі компоненти - далеко не єдиний важливий додаток мікрофлюїдних пристроїв в медицині. Наприклад, нещодавно мікрофлюїдика допомогла значного збільшити точність імунохімічного аналізу.