1. 배경

세포 이질성은 널리 퍼져 있어 재생 의학 및 임상 치료에서 줄기 세포 치료의 더 큰 적용을 제한합니다. 단일 세포 분리 및 수집 기술은 이질성 문제를 해결하는 데 중요한 부분이며, 비침습적이고 효율적이며 처리량이 높은 단일 세포 분리 및 수집 기술을 탐구하는 것이 과학자들에 의해 점점 더 강조되어 왔습니다.

기존의 유동 세포 분류 기술은 형광 표지 전처리가 필요하며, 이는 시간이 많이 걸리고 비효율적이며 세포 기능에 영향을 미칩니다. 드롭릿 마이크로유체와 같은 일반적인 마이크로유체 분류 기술은 포장 후 드롭릿 내부에 개별 세포를 배치하지만, 포아송 분포에 따르면 단일 세포 포획 효율이 높지 않고 포장 후 마이크로드롭릿의 위치가 고정되지 않아 실시간으로 관찰할 수 없습니다.

중국과학기술대학(USTC)의 연구 개발팀은 실시간 세포 인식과 미세유체 충격 인쇄를 결합하는 원리를 기반으로 단일 세포 분리 시스템을 설계하여 라벨이 필요 없고 고효율, 실시간 인식 및 고처리량 단일 세포 분리를 달성했습니다.

2. 조사 내용

이 단일 세포 분리 시스템은 그림 2에서 볼 수 있듯이 신호 제어 모듈, 이미지 처리 모듈, 인쇄 모듈의 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.

압력 펌프의 작용으로 세포 현탁액은 마이크로채널의 입구에서 출구로 이동하고, 도립 현미경이 장착된 Thousand Eyes Wolf 고속 카메라는 마이크로채널 중앙의 관찰 평면에 초점을 맞추고 초당 2620프레임의 속도로 세포 흑백 이미지를 촬영하고, 실시간 배경 추출, 가우시안 잡음 제거, 이미지 임계값 분할을 수행하여 2D 세포의 위치를 식별하고 최적화한 다음, 신호 제어 모듈에 트리거 신호를 보내 압전 액추에이터를 작동시켜 인쇄 챔버의 유연한 필름에 충격을 가하여 인식된 세포가 포함된 물방울이 노즐에서 기판으로 분사되도록 합니다.

미세유체 충격 인쇄 중 유체역학적 반응의 영향을 받는 세포는 물방울 분사 시 측면 및 전방으로 이동할 수 있으며, 이는 신뢰성에 영향을 미치며, 그림 4 및 5와 같이 5배 대물렌즈를 장착한 고속 비디오 카메라로 세포 움직임의 순간적인 이미지를 포착하여 세포 분사와 인쇄 효율을 결정하는 요소를 탐구할 필요가 있습니다.

3. 연구 결론

10μm 폴리스티렌 마이크로비드 분사를 사용한 일련의 실험을 통해 실시간 세포 인식과 미세유체 충격 인쇄를 결합한 단일 세포 분리 시스템이 최대 15Hz의 단일 세포 물방울 인쇄 처리량으로 효율적이고 고처리량 방식으로 라벨 없는 방식으로 단일 세포를 분리할 수 있으며, 95% 이상의 인쇄 효율로 세포 집단에서 이질 단일 세포를 한 단계로 분리할 수 있음을 보여주었습니다. 세포 유체역학적 반응 메커니즘 연구에서 채널 교차 구역의 세포 위치, 압전 액추에이터 구동 전압 및 물방울 부피는 고속 카메라로 관찰한 인쇄 효율에 영향을 미치는 주요 변수입니다.

4. 산업 전망

이 기술은 새로운 생물학적 조직 인쇄, 종양 타이핑, 약물 스크리닝, 화학적 결정화 및 유전자 분석과 같은 여러 생화학 분야에서 응용할 수 있는 광범위한 전망을 가질 것입니다. 관찰 장비 고속 카메라는 세포 이동의 일시적 이미지 캡처의 단일 세포 분리 단계와 유체 역학 반응 메커니즘 연구의 미세 유체 충격 과정에서 중요한 역할을 합니다.