Большинство современных биологических исследований проводится на клеточных культурах, представляющих собой массивы из десятков и сотен тысяч клеток. Микрофлюидные технологии позволяют наблюдать и проводить манипуляции с отдельными клетками тем самым выявляя гетерогенность в клетках опухолей и здоровых тканей, клеточных культурах до и после воздействия лекарственных препаратов.
Использование микрофлюидных устройств позволяет создавать строго контролируемые условия внутри камеры микрочипа, на стенках которой иммобилизованы изучаемые клетки. За счет ламинарности потоков жидкости в камере и каналах микрофлюидного устройства возможно создавать градиенты концентраций биологически активных веществ и тем самым изучать механизмы хемотаксита клеток. Кроме того, микрофлюидный подход позволяет полностью автоматизировать процесс проведения эксперимента тем самым повысив эффективность исследований.
Комбинирование микроканалов, камер, мембран и микроэлектродов внутри микрочипа позволяет эмулировать отдельные ткани и органы человека, такие как почка, легкое, кровеносный сосуд. Данное направление получило название «орган-на-чипе» и наиболее перспективно для скриннинга лекарственных препаратов и подбора оптимальной терапии для каждого пациента на основе биопсии пораженного органа.
Нами разработаны микрофлюидные устройства с массивами механических ловушек для фиксации индивидуальных суспензионных клеток. Устройства позволяют в автоматическом режиме заменять питательную среду в камере с клетками и регистрировать их физиологическую активность в течение 1 – 7 дней методами оптической микроскопии.
Также нами разработаны микрофлюидные устройства с массивами микроканалов шириной 5 – 15 мкм для сортировки клеток по их размерам и механическим свойствам. В перспективе такой подход позволит выделять из крови пациента циркулирующие раковые клетки и тем самым осуществлять раннюю диагностику онкологических заболеваний.
Микрофлюидное устройство
Численное моделирование транспорта клеток и активных веществ
Изображение массива механических ловушек
Фиксация клеток К562 в механических ловушках