Nieuwe methode voor het maken van microdeeltjes kan de ontwikkeling van geneesmiddelen en de productie van nieuwe celstammen versnellen

Wetenschappers van de UCLA hebben een methode bedacht voor het produceren van ingewikkeld gevormde hydrogel-microdeeltjes met een snelheid van meer dan 40 miljoen per uur – minstens 10 keer sneller dan de huidige standaardbenadering.

Hydrogel-microdeeltjes zijn veelbelovend voor een reeks toepassingen in de biogeneeskunde, waaronder voor het repareren van weefsel, als miniatuurversies van petrischalen voor het kweken van cellen en als dragers voor het afleveren van therapeutische medicijnen. En wanneer ze de vorm hebben van kommen of holle schelpen, kunnen dergelijke deeltjes bijzonder nuttig zijn voor het opvangen, afscheiden en analyseren van individuele cellen of celkolonies, als onderdeel van het proces voor het maken van op eiwitten gebaseerde medicijnen of het kweken van microalgen voor duurzame biobrandstoffen.

De onderzoekers produceerden miljoenen druppeltjes ter grootte van een nanoliter – een nanoliter is een miljardste van een liter – die elk hydrogel-bouwstenen bevatten met behulp van microfluïdische apparaten die elke seconde tienduizenden druppeltjes parallel druppelden.

Normaal gesproken kunnen microfluïdische apparaten die worden gebruikt om gevormde hydrogeldeeltjes te produceren, slechts één tegelijk werken, omdat de ingrediënten die worden gebruikt om de deeltjes te maken, niet goed mengen; als gevolg hiervan moeten de ingrediënten met precieze snelheden samenvloeien om ze in de juiste verhoudingen in de gevormde druppel op te nemen. In het onderzoek waren wetenschappers in staat om honderden microfluïdische apparaten parallel te laten lopen omdat ze een methode bedachten om alle ingrediënten in de juiste verhoudingen te combineren in een enkele gemengde oplossing. Na het vormen van druppeltjes van de oplossing, koelden de onderzoekers ze af, waardoor de componenten zich in de druppeltjes afscheidden en vervolgens samenvoegden tot de gewenste vormen. De wetenschappers bevroor vervolgens de vormen op hun plaats door ze te polymeriseren met behulp van ultraviolet licht.

Het vermogen om op efficiënte wijze miljoenen komvormige of holle hydrogeldeeltjes te produceren, kan wetenschappelijk onderzoek in een reeks disciplines helpen versnellen, waaronder het versnellen van het tempo van de ontwikkeling van nieuwe medicijnen of diagnostiek, of het produceren van nieuwe celstammen voor de productie van brandstoffen of voedingsstoffen.

Sohyung Lee, een UCLA-doctoraatsstudent in chemische technologie, is de eerste auteur van de studie. De corresponderende auteur is Dino Di Carlo, hoogleraar bio-engineering en mechanische en ruimtevaarttechniek aan de UCLA Samueli School of Engineering, en lid van het California NanoSystems Institute aan de UCLA. Andere auteurs zijn UCLA-afgestudeerde studenten Joseph de Rutte, Robert Dimatteo en Doyeon Koo.