Druppel Microfluidics Advance kan de sleutel bevatten tot geneesmiddelen van de volgende generatie kanker

Aan de Texas A&M University verandert één onderzoekslaboratorium het spel van druppelmicrofluidics, een techniek die het uitvoeren van experimenten in nanoschaaldruppeltjes vloeistof in een gecontroleerde omgeving omvat. Het team heeft een systeem ontwikkeld dat druppel microfluidics sneller, lagere kosten en nauwkeuriger maakt.

Dr. Arum Han, de Texas Instruments Professor bij de afdeling Elektrische en Computertechniek, en zijn Lab Associates creëerden een technologie met de naam Novasort (de volgende generatie Opto-Volume-gebaseerde nauwkeurige druppel sorteerder), een systeem dat een hoge doorvoer screening van moleculen mogelijk maakt en cellen met een aanzienlijk verlaagde foutenpercentages.

Terwijl eerder onderzoek zich heeft gericht op het verhogen van de snelheid van testen (een soort laboratoriumtest), zijn de bevindingen van het team, gepubliceerd in Natuurcommunicatiebehoren tot de eersten die de nauwkeurigheid aanzienlijk verbeteren zonder de snelheid van testen in gevaar te brengen.

Op het gebied van biotechnologie, gezondheidszorg en chemie is het nodig om een ​​groot aantal (miljoenen en miljarden) screening of testen van cellen en moleculen te doen. Een van de grootste beperkingen van druppelmicrofluidics, ondanks de belangrijkste voordelen van snel testen, is echter een hoge mate van fouten in multi-step druppelactiviteiten, daarom is deze krachtige technologie niet algemeen aangenomen en commercialiseerd dan een paar zeer eenvoudige testen .

“Laten we zeggen dat u een geneesmiddelenontwikkelaar bent in de farmaceutische industrie of nieuwe moleculen van hoge waarde in de biotechnologie-industrie ontwikkelt,” zei Han.

“Je moet miljoenen verschillende geneesmiddelenverbindingen testen om te zien of ze effectief zijn tegen een bepaalde kankercel, of miljoenen verschillende cellen één cel tegelijk testen om de meest productieve cellen te vinden om een ​​goede celstam te ontwikkelen. In een ander voorbeeld, Er zijn talloze micro -organismen in de omgeving, en om erachter te komen welke het meest nuttig kan zijn, of welke je doet wat functies doet, moet je miljoenen en miljoenen individuele cellen één voor één testen. “

Conventioneel moeten deze experimenten worden herhaald via een tijdrovend en kostbaar proces. Met Han’s foutloze Novasort-technologie is druppel microfluidics klaar om een ​​veel waardevollere techniek te worden in de farmaceutische en biotechnologie-industrie, in landbouwbedrijven en in wetenschappelijk onderzoek waar het uitvoeren van miljoenen experimenten cruciaal is en vaak handmatig gedaan.

“Als u tienduizend of miljoen testen test, is een fout van 5% een zeer groot aantal. Onze uitvinding vermindert de fout in deze screening op enkele cel of een enkele molecuulniveau in druppel microfluidics, zodat bijvoorbeeld bijvoorbeeld een fout Van 5%heeft u nu een fout van 0,01%, “zei Han.

“Met deze methode kunt u miljoenen testen uitvoeren, en nog steeds is het vals positieve of vals negatieve erg klein. Met deze nieuwe technologie wordt druppelmicrofluïdica een extreem krachtig hulpmiddel.”

Novasort stengels van een project dat Han begon in 2019. Het doel was om het veld in te gaan en grond- en watermonsters te isoleren en op te halen om snel potentieel schadelijke micro -organismen in die monsters te identificeren. Om dit te bereiken, hebben Han en zijn team een ​​technologie ontwikkeld om miljoenen individuele bacteriemonsters te testen.

“Voor dat project was snel en zeer nauwkeurig cruciaal, want als je veel foutgevoelige resultaten hebt, kun je onjuist classificeren of iets schadelijk is of niet,” zei Han. “Dat was echt aan het stimuleren van onze motivatie om deze technologie te ontwikkelen: om de fouten te verminderen, zodat wanneer u miljoenen en miljarden microben gaat testen, het foutenpercentage zeer, zeer laag is.”

Het meerjarige project van Han resulteerde in Novasort, dat nu in grote lijnen kan worden gebruikt voor civiel gebruik. Deze technologie kan bijvoorbeeld worden ontwikkeld om artsen te helpen de beste en meest tijdige interventiestrategie tegen ziekten te maken.

“Laten we zeggen dat iemand besmet is door een pathogeen micro -organisme,” zei Han. “Artsen proberen een antibioticabehandeling, maar de frontlinie van antibiotica werkt niet. Ze moeten snel vinden welk medicijn misschien het beste antibioticum is in welke dosis te gebruiken tegen moeilijk te behandelen besmettelijke ziekten.”

Omdat de nieuwe technologie van Han een hoge doorvoer screening mogelijk maakt-het testen van miljoenen monsters in een korte tijd-betekent dit ook dat het de snelheid en nauwkeurigheid kan verbeteren bij de ontdekking van potentiële medicijnkandidaten met meer precieze resultaten, waaronder de volgende generatie kanker, anti-microbieel, anti-microbieel en anti-schimmel medicijnen.

Bovendien kan deze technologie toepassingen vinden in biomanufacturing, waarbij biologische systemen worden gebruikt om waardevolle producten, chemicaliën en moleculen te produceren. Novasort zou het proces van het benutten van biologische organismen kunnen versnellen die zeer bruikbare moleculen kunnen produceren.

“We kunnen mogelijk betere medicijnen, betere materialen en betere chemicaliën ontwikkelen, mogelijk tegen lagere kosten en die milieuvriendelijker en duurzamer zijn,” zei Han.

Met de groeiende interesse in computerondersteund werk zoals kunstmatige intelligentie en machine learning, kan Novasort ook worden gebruikt om een ​​grote hoeveelheid hoogwaardige, bijna nul foutgegevens voor onderzoekers te genereren.

Novasort is een samenwerking tussen Han’s Nanobio Systems Lab en medische wetenschapsexpert Dr. Paul de Figueiredo, voorheen van het Texas A&M Health Science Center en momenteel de NextGen Precision Health -professor aan de Universiteit van Missouri. Ze hebben jarenlang samengewerkt aan het ontwikkelen van microfluïdische technologie en het toepassen van onderzoek naar medisch en biotechnologisch onderzoek, met verdere vooruitgang.

Al deze microfluïdische chips worden gefabriceerd in de Aggiefab Nanofabrication Facility, de ultramoderne cleanroom-faciliteit van de A&M University van Texas.

“Mijn lab heeft gewerkt aan technologische innovatie en de toepassing van deze technologie is waar we in grote lijnen samenwerken met professionals op het gebied van medische en biotechnologie,” zei Han. “Wat de toekomst van deze technologie betreft, is het doel om een ​​fouten van 0% te bereiken.”

“We zijn erg trots op dit werk,” voegde Han eraan toe. “We zullen deze technologie blijven verbeteren door microfluïdische chips te bouwen die zeer complexe experimenten kunnen uitvoeren en deze technologie kunnen toepassen in bredere reeksen toepassingen om sneller onderzoek en ontwikkeling uit te voeren, terwijl de fouten zo laag mogelijk blijven. Onze focus is het volgende innoveren Generatie van microfluïdische technologie. “