La microscopía de fluorescencia ofrece a los investigadores un poder increíble para iluminar las estructuras más pequeñas y capturar las actividades en tiempo real de las células vivas marcando moléculas biológicas con un verdadero arco iris de tintes fluorescentes.

Esta potencia tiene un costo: la tecnología puede ser costosa y consumir mucho tiempo y, hasta ahora, ha resistido los intentos de automatización.


Sin embargo, esta situación puede estar cambiando, con la introducción de plataformas basadas en chips microfluidos. Una de estas nuevas plataformas ha sido desarrollada por un equipo de investigadores japoneses.

Su sistema permite a los científicos a la rápida imagen de las células fluorescentes crecido dentro del chip utilizando un sensor de imagen CMOS, la misma tecnología que se encuentra en la cámara de un teléfono inteligente.

El nuevo sistema, descrito esta semana en Avances AIP («Plataforma de análisis de células en chip: Implementación de microscopía de fluorescencia de contacto en chips microfluídicos»), tiene numerosos usos potenciales en la investigación biomédica.

 

«Los microscopios ópticos convencionales de mesa son herramientas poderosas para los investigadores, pero no son verdaderamente adecuados para sistemas completamente automatizados debido al gasto ya la necesidad de técnicos bien entrenados», dijo Hiroaki Takehara, quien investiga dispositivos de procesamiento celular automatizado en la Universidad de Tokio y es uno de los autores del estudio.

 


Para desarrollar un sistema on-chip, se asoció con el co-autor Jun Ohta del Instituto Nara de Ciencia y Tecnología, un experto en tecnología de sensores de imagen CMOS.


Otros grupos han desarrollado sistemas de microscopía fluorescente basados ​​en chip anteriormente, pero esas configuraciones requerían que la muestra se sentara directamente sobre el chip de sensor de imagen, lo que introduce el riesgo de contaminación cruzada. Estos sistemas no pueden ser realmente de alto rendimiento porque los chips de sensor deben ser lavados entre el uso.


Takehara y sus colegas desarrollaron chips desechables para superar estas limitaciones. El chip contiene canales microfluídicos especialmente diseñados para cultivar células y la introducción de medios de cultivo, fármacos y otras moléculas biológicas.

El chip tiene un fondo de vidrio ultra-delgado que minimiza la distancia entre las células y el sensor de contacto a continuación. Un sensor de imagen CMOS detecta la fluorescencia emitida por las células, lo convierte en una señal electrónica y luego reconstruye la imagen.


Para demostrar la eficacia de su sistema, los investigadores crecieron células que contenían colorantes fluorescentes en sus núcleos dentro de los microcanales. Cuando expusieron las células al factor de crecimiento endotelial (EGF), que causa la proliferación celular, los cultivos emitieron una señal de fluorescencia más intensa que los cultivos que no se trataron con EGF, lo que indica que el sensor detectó el crecimiento celular.


Los autores reconocen que la plataforma de microscopía de fluorescencia en chip produce imágenes con menor resolución espacial que las de los microscopios convencionales de fluorescencia, pero ofrece la ventaja de ser compatible con sistemas totalmente automatizados.

El pequeño tamaño y la asequibilidad de la plataforma también lo hacen atractivo para su uso en dispositivos implantables para medir la glucosa o incluso la actividad cerebral.


En el trabajo futuro, Takehara planea explorar el uso de la plataforma para monitorear la producción de células madre para su uso en medicina regenerativa y para la detección de nuevos fármacos.

 

«El excesivo costo de desarrollar medicamentos farmacéuticos novedosos y la necesidad urgente de tecnología de detección [asequible] se ha convertido en un problema urgente», dijo Takehara. «Un sistema completamente automatizado, desde el manejo de muestras hasta la detección, sin la necesidad de técnicos bien entrenados es una tecnología clave, y desempeña un papel fundamental en el desarrollo de pruebas basadas en células basadas en costos».

 

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