Una nuova era per l’analisi di singole cellule con l’impiego di sistemi microfluidici
La microfluidica a gocce promette di portare un livello mai raggiunto di controllo del microambiente cellulare utilizzando quantità esigue di campioni. Ma la grande maggioranza dei dispositivi microfluidici basati su cellule disponibili oggi sono ancora allo stadio proof-of-concept. Inoltre non esiste un sistema che sostenga la crescita cellulare a lungo termine in condizioni ben controllate e permetta operazioni riproducibili e sequenziabili in modo automatizzato. Il dott. Linas Mazutis, sostenuto dal progetto BIOCELLCHIP (Integrated microfluidic system for long-term cell cultivation, monitoring and analysis), finanziato dall’UE, ha iniziato a sviluppare un sistema microfluidico ad alta processività per isolare e analizzare cellule singole. Tra i diversi sistemi microfluidici sviluppati durante questo progetto due di essi hanno avuto un impatto particolarmente importante. Il primo sistema microfluidico BIOCELLCHIP fornisce controllo spaziotemporale sull’ambiente biochimico e fisico di cellule isolate. Il bioreattore microfluidico è stato utilizzato per riprodurre la nicchia midollare ex vivo e studiare l’adattamento dei megacariociti, offrendo un’opportunità unica di ricreare organi fisiologici complessi su un chip. Utilizzando questo sistema i ricercatori hanno ottimizzato la produzione di piastrine da megacariociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte. Il sistema è stato brevettato e immesso sul mercato attraverso una spin-off biomedica. Considerando la domanda particolarmente alta negli ospedali di piastrine umane prodotte in vitro il bioreattore sviluppato troverà con ogni probabilità applicazioni nell’immediato futuro. Il secondo sistema microfluidico BIOCELLCHIP fornisce un approccio innovativo per il DNA barcoding e il sequenziamento di decine di migliaia di cellule singole. Il concetto si basa sul massiccio isolamento in parallelo di cellule singole in comparti acquosi microscopici (gocce nanolitriche) insieme a primer oligonucleotidi e altri reagenti biochimici, Una volta che le cellule vengono incapsulate subiscono la lisi e le loro molecole di mRNA vengono marcate (processo di barcoding) durante la reazione di retrotrascrizione per poi essere sottoposte a sequenziamento di nuova generazione e analisi computazionale. I ricercatori hanno utilizzato il sistema per sequenziare oltre 10 000 cellule staminali embrionali singole a un costo estremamente ridotto. I risultati ottenuti li hanno aiutati a identificare la presenza di rare sottopopolazioni che esprimono marcatori di linee distinte. Inoltre hanno osservato che determinati fattori di trascrizione fluttuavano all’interno dell’intera popolazione cellulare e potevano essere associati a stati cellulari distinti. Il sistema sviluppato è stato infine brevettato e commercializzato tramite una seconda spin-off. Ci si aspetta che entrambi i sistemi microfluidici rivoluzionino la ricerca biomedica in aree differenti, fornendo approcci ad alta processività per studiare con la massima precisione e costi ridotti i processi cellulari e l’eterogeneità delle cellule fondamentali.
Parole chiave
Tecnologia microfluidica a gocce, sequenziamento di cellula singole, RNA-Seq, barcoding, cellule staminali pluripotenti indotte, piastrine
