Des chercheurs de l'Université de technologie et de conception de Singapour (SUTD) ont mis à profit leur expertise en microfluidique pour développer une nouvelle méthode pour déformer les cellules mécaniquement pour faciliter la livraison intracellulaire, révolutionnant les traitements personnalisés au niveau cellulaire.
La recherche médicale a fait des progrès incroyables au cours des dernières décennies, les scientifiques découvrant de nouvelles idées au niveau cellulaire. Cette compréhension plus approfondie a conduit à des traitements plus petits et plus personnalisés pour les conditions autrefois considérées comme impossibles à traiter. Avec une connaissance accrue des conditions génétiques et des réponses cellulaires, une quantité importante de recherches se concentre désormais sur les modifications efficaces à un niveau fondamental.
Pour que les traitements avancés fonctionnent, en particulier ceux réalisés au niveau cellulaire, les agents thérapeutiques doivent être livrés directement dans les cellules cibles. Cependant, les cellules ont des membranes qui bloquent les substances indésirables, présentant un obstacle significatif pour l'administration efficace du traitement. Il existe deux approches principales pour surmonter cela. La première consiste à utiliser des porteurs pour aider à faire passer les agents à travers les membranes cellulaires, tandis que la seconde consiste à créer des trous temporaires (appelés nanopores transitoires) dans la membrane pour permettre l'entrée.
« Des recherches antérieures nous indiquent que la déformation rapide des cellules et la récupération des cellules sont essentielles pour permettre une efficacité élevée pour la livraison intracellulaire », a déclaré le professeur agrégé Ai ye de SUTD.
Cependant, les méthodes existantes utilisant les deux approches, telles que l'électroporation et la lipofection, peuvent soit créer des dommages cellulaires irréversibles, soit provoquer une toxicité élevée. Sans une méthode appropriée pour faciliter la livraison d'agents thérapeutiques dans les cellules cibles, de nouvelles techniques thérapeutiques telles que la thérapie CAR-T et l'édition de gènes ont été principalement limitées dans leurs applications.
Appuyant sur leur expertise dans la déformation au niveau unique à l'aide de la technologie microfluidique, Assoc. Le professeur AI et son équipe ont exploré l'utilisation de filtres en acier inoxydable et de liquides viscoélastiques pour créer mécaniquement des nanopores transitoires.
Ils ont proposé une nouvelle technique qui pourrait ouvrir de nouvelles portes dans la recherche sur la livraison intracellulaire dans le papier, « Alimentation intracellulaire améliorée via des filtres en acier inoxydable et des fluides viscoélastiques: une alternative à haute efficacité à la transfection conventionnelle », publiée dans Chimie analytique.
Association Le professeur AI prévoyait initialement d'utiliser des micro-constrictions dans les puces microfluidiques et les fluides viscoélastiques pour permettre la livraison intracellulaire – une technique qu'il avait utilisée dans des recherches antérieures. Après avoir consulté d'autres groupes de recherche et entreprises dans le programme d'accélération de la recherche et de l'innovation pour les entrepreneurs SUTD (ARIS), il a réalisé qu'il devait trouver un remplacement de la puce microfluidique pour améliorer le débit.
Cela a conduit à l'idée d'utiliser des filtres en acier inoxydable à la place des plaquettes à base de silicium, qui sont utilisées dans des dispositifs microfluidiques traditionnels. Les filtres en acier inoxydable ont des ouvertures plus grandes que le diamètre cellulaire moyen, ce qui aide à prévenir le colmatage potentiel et minimise ainsi la possibilité de mort cellulaire.
Dans l'étude, les filtres en acier inoxydable ont servi de matrice pour assurer des ouvertures de taille cohérente, sur lesquelles les fluides viscoélastiques ont exercé la force pour déformer et créer des nanopores transitoires sur les cellules mécaniquement. Un test du prototype de l'équipe a montré que cette méthode peut atteindre des efficacités de livraison pouvant atteindre 94,7%, tout en garantissant que les cellules sont encore principalement viables.
Association Le professeur AI a expliqué que cela pouvait être réalisé en raison de la vitesse de la déformation, qui se trouvait dans la plage de quelques microsecondes. « Un si petit temps de déformation permet une génération rapide de nanopores sur les membranes cellulaires et un échange de volume intracellulaire-extracellulaire rapide », a-t-il déclaré. « Par conséquent, les dommages aux cellules sont réduits, surtout lorsqu'ils sont comparés à l'électroporation. »
Bien que les résultats soient prometteurs, Assoc. Le professeur AI estime que plus de travail doit être fait. « Nous devons tester plus de cellules pour prouver l'universalité de cette méthode, qui a encore besoin d'efforts. »
De plus, son équipe prévoit de construire un prototype autonome qui sera plus accessible aux laboratoires commerciaux qui peuvent ne pas avoir de capacités de microfabrication. Dans l'ensemble, Assoc. Le professeur AI est optimiste quant au potentiel de la technique de son équipe à faire progresser la recherche en génie cellulaire.
« Nous espérons que cette technologie pourra réduire les exigences pour que les chercheurs participent à l'amélioration de la thérapie CAR-T et de l'édition génétique », a-t-il réfléchi. « Nous pensons que cette technologie a une universalité et une uniformité élevées, ce qui peut simplifier le processus d'ingénierie cellulaire. »
