El avance de la microfluídica de gotas puede mantener la clave de los medicamentos contra el cáncer de próxima generación

En la Universidad de Texas A&M, un laboratorio de investigación está cambiando el juego de microfluídica de gotas, una técnica que implica realizar experimentos en gotas de líquido a nanoescala en un entorno controlado. El equipo ha desarrollado un sistema que hace que las microfluídicas de gotas sean más rápidas, más bajas y más precisas.

El Dr. Arum Han, profesor de instrumentos de Texas en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, y sus Asociados de Laboratorio crearon una tecnología llamada Novasort (clasificador de gotas preciso de la próxima generación), un sistema que permite una detección de alto rendimiento de moléculas de moléculas y células a tasas de error significativamente reducidas.

Mientras que investigaciones previas se han centrado en aumentar la velocidad de los ensayos (un tipo de prueba de laboratorio), los hallazgos del equipo, que son publicado en Comunicaciones de la naturalezase encuentran entre los primeros en mejorar significativamente la precisión sin comprometer la velocidad de los ensayos.

En los campos de la biotecnología, la atención médica y la química, es necesario hacer un gran número (millones y miles de millones) de detección o prueba de células y moléculas. Sin embargo, una de las mayores limitaciones de las gotas de la microfluídica, a pesar de sus principales ventajas en las pruebas rápidas, es un alto grado de error en las operaciones de gotas de varios pasos, por lo que esta poderosa tecnología no se ha adoptado y comercializado ampliamente más allá de unos pocos ensayos muy simples. .

«Digamos que es un desarrollador de drogas en la industria farmacéutica o desarrollando nuevas moléculas de alto valor en el industria de biotecnología«, Dijo Han.

«Debe probar millones de compuestos fármacos diferentes para ver si son efectivos contra una célula cancerosa en specific, o probar millones de células diferentes una célula a la vez para encontrar las células más productivas para desarrollar una buena cepa celular. En otro ejemplo, Hay innumerables microorganismos en el medio ambiente, y para descubrir cuál podría ser más útil, o cuál está haciendo qué funciones, debe probar millones y millones de células individuales una a la vez «.

Convencionalmente, estos experimentos deben repetirse a través de un proceso costoso y que lleva mucho tiempo. Con la tecnología de Novasort sin errores de Han, Droplet Microfluidics está preparada para convertirse en una técnica mucho más valiosa en la industria farmacéutica y de biotecnología, en las empresas agrícolas y en la investigación científica donde realizar millones de experimentos es essential y a menudo realizado manualmente.

«Si prueba diez mil o un millón de ensayos, entonces un error del 5% es un número muy grande. Nuestra invención cut back significativamente el error en esto una sola celda o detección de nivel de molécula única en microfluídicas de gotas, de modo que, por ejemplo, de un error del 5%, ahora tiene un error de 0.01%», dijo Han.

«Usando este método, puede ejecutar millones de ensayos, y aún así el falso positivo o falso negativo es muy pequeño. Con esta nueva tecnología, las microfluídicas de gotas se convierten en una herramienta extremadamente poderosa».

Novasort proviene de un proyecto que Han comenzó en 2019. El objetivo period salir al campo y aislar y recuperar muestras de suelo y agua para identificar rápidamente microorganismos potencialmente dañinos en esas muestras. Para lograr esto, Han y su equipo desarrollaron una tecnología para probar millones de muestras de bacterias individuales.

«Para ese proyecto, ser rápido y altamente preciso fue essential porque si tiene muchos resultados propensos a errores, puede clasificar incorrectamente si algo es dañino o no», dijo Han. «Eso realmente estaba impulsando nuestra motivación para desarrollar esta tecnología: reducir el error de modo que cuando salga y pruebe millones y miles de millones de microbios, la tasa de error es muy, muy baja».

El proyecto de varios años de Han resultó en Novasort, que ahora se puede utilizar ampliamente para uso civil. Por ejemplo, esta tecnología se puede desarrollar para ayudar a los médicos a hacer la mejor y más oportuna estrategia de intervención contra las enfermedades.

«Digamos que alguien está infectado por un microorganismo patógeno», dijo Han. «Los médicos prueban un tratamiento con antibióticos, pero la primera línea de los antibióticos no funciona. Tienen que encontrar rápidamente qué medicamento podría ser el mejor antibiótico en qué dosis usar contra enfermedades infecciosas difíciles de tratar».

Dado que la nueva tecnología de Han permite una detección de alto rendimiento, probando millones de muestras en poco tiempo, esto también significa que puede mejorar la velocidad y la precisión en el descubrimiento de posibles candidatos a medicamentos con resultados más precisos, incluida la próxima generación de cáncer, antimicrobianos, antimicrobianos. y drogas antifúngicas.

Además, esta tecnología puede encontrar aplicaciones en biomanufacturación, lo que implica el uso de sistemas biológicos para producir productos, productos químicos y moléculas valiosos. Novasort podría acelerar el proceso de aprovechar organismos biológicos que pueden producir moléculas muy útiles.

«Es posible que podamos desarrollar mejores medicamentos, mejores materiales y mejores productos químicos, potencialmente a un costo más bajo y que son más ecológicos y sostenibles», dijo Han.

Con creciente interés en el trabajo asistido por computadora como inteligencia synthetic y aprendizaje automáticoNovasort también podría usarse para generar una gran cantidad de datos de error de alta calidad y casi cero para los investigadores.

Novasort es una colaboración entre el laboratorio de sistemas Nanobio de Han y el experto en ciencias médicas, el Dr. Paul de Figueiredo, anteriormente del Centro de Ciencias de la Salud de Texas A&M y actualmente del Profesor de Salud de Precisión NextGen en la Universidad de Missouri. Han pasado años trabajando juntos en el desarrollo tecnología microfluídica y aplicarlo a la investigación médica y biotecnología, con más avances por venir.

Todos estos chips microfluídicos se están fabricando en el centro de nanofabricación Aggiefab, la instalación de sala limpia de última generación de la Universidad de Texas A&M.

«Mi laboratorio ha estado trabajando en innovación tecnológica, y la aplicación de esta tecnología es donde colaboramos ampliamente con los profesionales de la escuela de medicina y la biotecnología», dijo Han. «En cuanto al futuro de esta tecnología, el objetivo es lograr un error del 0%».

«Estamos muy orgullosos de este trabajo», agregó Han. «Continuaremos mejorando esta tecnología construyendo chips microfluídicos Eso puede realizar experimentos muy complejos y aplicar esta tecnología en rangos más amplios de aplicaciones para realizar más rápidamente investigaciones y desarrollo, todo mientras mantiene el error lo más bajo posible. Nuestro enfoque es innovar la próxima generación de tecnología microfluídica «.