Technologie de mise en sandwich par réseau de gouttelettes : Fabrication | Alerte Eurek !

La technologie microfluidique est un sujet brûlant en biochimie car elle peut non seulement débloquer de nouveaux types de capteurs et de dispositifs de laboratoire sur puce, mais aussi rendre plus efficaces des expériences telles que les tests de dépistage de drogues. Alors que la plupart des microfluidiques se concentrent sur le flux constant de petits volumes d’eau à travers les canaux, certains scientifiques ont trouvé beaucoup de valeur dans la manipulation et le mélange soigneux des gouttelettes individuelles.

Les gouttelettes peuvent jouer le rôle de petites chambres de réaction où les produits chimiques sont mélangés, et elles peuvent également être utilisées comme milieu pour les cultures cellulaires. À l’Université Ritsumeikan, au Japon, le professeur Satoshi Konishi et ses collègues ont récemment perfectionné diverses techniques pour la manipulation précise des gouttelettes dans ce qu’on appelle la technologie de sandwich à réseau de gouttelettes (DAST). En termes simples, le DAST consiste à disposer de manière ordonnée les gouttelettes dans les réseaux supérieur et inférieur sur deux surfaces planes distinctes. Ces surfaces sont amenées à se faire face puis rapprochées suffisamment pour que les gouttelettes entrent en contact et se mélangent, échangeant partiellement leur contenu.

Dans une étude antérieure, le professeur Konishi et ses collègues ont trouvé un moyen intelligent de contrôler la hauteur des gouttelettes individuelles dans DAST grâce à une technique appelée électromouillage sur diélectrique (EWOD). En appliquant une tension aux gouttelettes déposées sur un motif hydrophile-hydrophobe, ils pourraient les raccourcir légèrement à la demande. À son tour, cela leur a permis de sélectionner les paires de gouttelettes qui devaient entrer en contact lorsque les surfaces DAST supérieure et inférieure étaient rapprochées. En plus de la polyvalence qu’EWOD ajoute aux opérations par lots, il offre un moyen très simple de contrôler le temps de contact entre les paires de gouttelettes.

Ce dernier point s’est avéré déterminant pour étendre encore plus les avantages et les applications potentielles du DAST, comme l’ont montré le professeur Konishi et deux autres chercheurs de l’Université Ritsumeikan dans une étude plus récente. Il s’avère que l’égalisation des concentrations chimiques entre les gouttelettes du haut et du bas ne se produit pas instantanément, mais dans le temps. En ajustant le temps de contact entre les paires de gouttelettes individuelles via EWOD, les chercheurs ont pu décider des concentrations finales de produits chimiques dans les gouttelettes. L’équipe a appliqué cette idée pour contrôler avec précision la stimulation chimique fournie aux cultures de cellules en gouttelettes, démontrant ainsi le grand potentiel du DAST pour le criblage de médicaments et l’analyse cellulaire. Cet article a été mis en ligne le 26 juillet 2022 et a été publié dans le volume 370 de Capteurs et actionneurs B : Chimique le 1er novembre 2022.

Tout d’abord, les chercheurs ont cultivé des cellules HeLa, une lignée cellulaire cancéreuse largement étudiée, sur un substrat adhésif dans des gouttelettes de 2 mm. Ensuite, le milieu de la gouttelette a été remplacé par un milieu contenant du Fluo-3 AM. Ce produit chimique de coloration indique la présence d’ions calcium par fluorescence. À l’aide de DAST, les chercheurs ont finalement mélangé les gouttelettes de culture cellulaire avec des gouttelettes contenant de l’histamine, en contrôlant soigneusement le temps de contact entre elles pour obtenir la concentration d’histamine souhaitée dans les cultures cellulaires.

Pour démontrer que la bonne quantité d’histamine était fournie à chaque culture, les chercheurs ont visualisé les oscillations du calcium dans les cellules à l’aide d’un microscope à fluorescence, en profitant des sondes Fluo-3 AM. L’idée est que l’histamine agit comme un stimulant des cellules HeLa, augmentant l’amplitude de leurs oscillations calciques. « Nous avons choisi d’étudier les oscillations cellulaires du calcium car il s’agit d’un sujet de recherche bien connu lié à plusieurs processus cellulaires vitaux dans les neurones, les os, les muscles squelettiques, le foie, etc.», explique le professeur Konishi, «Ainsi, l’évaluation de la signalisation calcique est un sujet important pour la recherche biologique.”

Comme prévu, le temps de contact entre les gouttelettes était directement lié à l’amplitude des oscillations de calcium observées, ce qui implique que des temps de contact plus longs ont conduit à plus d’histamine faisant son chemin de la gouttelette supérieure à celle du bas (qui contenait la culture cellulaire). À son tour, cela signifie que DAST, en combinaison avec EWOD, a le potentiel de contrôler avec précision la concentration de substances dans les gouttelettes.

Les résultats de cette étude pourraient avoir d’énormes implications pour la science et les applications biochimiques, puisque le DAST peut changer fondamentalement la façon dont les expériences dans les liquides sont menées. « Les gouttelettes dans DAST peuvent non seulement servir de chambres de réaction ou de cultures cellulaires, mais également remplir le rôle d’outils de manipulation de liquides tels que des pipettes à une échelle beaucoup plus petite», remarque le professeur Konishi. « Nous prévoyons que notre technologie utilisant des réseaux de gouttelettes contrôlés individuellement deviendra un outil utile et efficace pour le criblage cellulaire en raison de ses performances à haut débit.”

Attention quand ces petits outils arriveront enfin dans les laboratoires de biochimie du monde entier !

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Référence

DOI : https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132435

Auteurs : Satoshi Konishi^1,3,4Youriko Higuchi²Asuka Tamayori³

Affiliations :

¹Département de génie mécanique, Collège des sciences et de l’ingénierie, Université Ritsumeikan

²École supérieure des sciences pharmaceutiques, Université de Kyoto

³Cours d’études supérieures en sciences et en génie, Université Ritsumeikan

⁴Organisation mondiale de recherche sur l’innovation Ritsumeikan, Université Ritsumeikan

À propos de l’Université Ritsumeikan, Japon
L’Université Ritsumeikan est l’une des universités privées les plus prestigieuses du Japon. Son campus principal est à Kyoto, où des cadres inspirants attendent les chercheurs. Avec un objectif inébranlable de générer des valeurs sociales symbiotiques et des talents émergents, elle vise à émerger comme une université de recherche de nouvelle génération. Il renforcera le potentiel des chercheurs en offrant un soutien le mieux adapté aux besoins des jeunes chercheurs et des meilleurs chercheurs, en fonction de leur étape de carrière. L’Université Ritsumeikan s’efforce également de construire un réseau de recherche mondial en tant que «nœud de connaissances» et de diffuser les réalisations à l’échelle internationale, contribuant ainsi à la résolution de problèmes sociaux / humanistes grâce à la recherche interdisciplinaire et à la mise en œuvre sociale.
Site Web : http://en.ritsumei.ac.jp/

À propos du professeur Satoshi Konishi de l’Université Ritsumeikan, Japon
Satoshi Konishi a obtenu une licence, une maîtrise et un doctorat en génie électronique et électrique de l’Université de Tokyo, au Japon, en 1991, 1993 et ​​1996, respectivement. Il a rejoint l’Université Ritsumeikan en 1996, où il est actuellement professeur et directeur du laboratoire de micro/nano mécatronique. Son étude est consacrée aux systèmes microélectromécaniques (MEMS), couvrant un large éventail de sujets allant des domaines fondamentaux aux domaines appliqués. Ses recherches actuelles portent sur les MEMS biomédicaux, en particulier les interfaces multi-échelles en génie biomédical.

Informations sur le financement
Cette étude a été partiellement financée par la Ritsumeikan Global Innovation Research Organization.

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