Microfluïdisch circuit voor pulserende filtratie van extracellulaire blaasjes uit volbloedmonsters

Extracellulaire vesicles (EV’s) zijn door cellen uitgescheiden lipide dubbellaagse biodeeltjes met een diameter van 30 tot 250 nm. Ze zijn een veelbelovende bron van biomarkers voor vloeibare biopsieën voor vroege diagnose van kanker en real-time monitoring van tumorontwikkeling. De analyse van EV’s van nanogrootte in bloedmonsters werd echter belemmerd door het gebrek aan effectieve, snelle en gestandaardiseerde methoden om EV’s te isoleren en te zuiveren.

In een studie gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitganghebben Sun Jiashu’s groep van het National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) en medewerkers van het Fifth Medical Center van het Chinese PLA General Hospital cascade microfluïdische circuits ontworpen, bestaande uit een circuit voor het verwijderen van cellen en een EV-isolatiecircuit om pulserende filtratie van EV’s rechtstreeks uit volbloedmonsters te bereiken op een snelle, hoogproductieve en zeer zuivere manier.

“Het belangrijkste ontwerp van de gecascadeerde microfluïdische circuits is gebaseerd op een elektrisch-hydraulische analogie”, zegt Li Zhenglin van NCNST, eerste auteur van het artikel.

Door de functie van elektrische circuits na te bootsen, fabriceerden de onderzoekers microfluïdische circuits met een elastomeer membraan (fluïdische condensator), terugslagklep (diode) en microkanalen (weerstanden); dus zouden de microfluïdische circuits pulserende stromen onder pulserende druk kunnen genereren zonder dat er complexe regelsystemen nodig zijn.

Door integratie met een polycarbonaat membraanfilter (poriegrootte van 600 nm, voor plasma-extractie) en een anodische aluminiumoxide membraanfilter (poriegrootte van 20 nm, voor EV-zuivering), isoleerden en zuiverden deze gecascadeerde microfluïdische circuits met succes EV’s rechtstreeks uit bloedmonsters binnen 30 minuten, wat superieur is aan de ultracentrifugatiemethode en doodlopende filtratiemethode.

Het klinische potentieel van geïsoleerde EV’s werd verder onderzocht met een eenstaps polyethyleenglycol-versterkte thermoforetische aptasensor. Door de expressieniveaus van epitheliale cellulaire adhesiemoleculen op EV’s te detecteren, werd een nauwkeurig onderscheid gemaakt tussen niet-gemetastaseerde borstkankerpatiënten en gezonde donoren, met een algehele nauwkeurigheid van 91%.

“De gecascadeerde microfluïdische circuits vertonen een efficiënte en robuuste isolatie van EV’s zonder de noodzaak van complexe externe apparatuur, en zullen een duidelijke verbetering opleveren op het gebied van microfluïdische membraanfiltratie”, zegt Sun Jiashu van NCNST, een van de overeenkomstige auteurs van het artikel.