Новый метод повышает чувствительность импедансной проточной цитометрии

Графическая аннотация. Автор: Lab on a Chip (2025). DOI: 10.1039/D5LC00673B

Многие достижения в медицине и разработке лекарств стали возможными благодаря проточной цитометрии — методу анализа отдельных клеток, который анализирует клетки по испускаемой флуоресценции их химических меток при прохождении через лазерный луч. Большинство проточных цитометров имеют микрофлюидный канал — небольшой канал, регулирующий поток флуоресцентно меченых аналитов. Проточная цитометрия позволяет быстро подсчитывать и анализировать отдельные клетки, что делает её краеугольным камнем современных биомедицинских исследований.

Мощный вариант, импедансная проточная цитометрия, заменяет лазеры электродами, которые обнаруживают изменения электрического импеданса (полного сопротивления электрического оборудования переменному току) при прохождении клеток или частиц через микрофлюидный канал. Этот подход позволяет избежать необходимости в флуоресцентных метках, которые часто являются дорогостоящими и трудоёмкими.

Несмотря на свои преимущества, импедансная проточная цитометрия страдает от низкой чувствительности и нестабильных показаний, поскольку расстояние между протекающими клетками и электродами варьируется в зависимости от высоты канала и размера частиц.

Чтобы заполнить этот пробел, исследовательская группа под руководством доцента Яликуна Яксиера из Научно-технологического института Нары (NAIST), Япония, разработала инновационную недорогую платформу для преодоления этих ограничений.

Их статья, опубликованная в журнале Lab on a Chip, была написана в соавторстве с г-ном Трисной Джулианом, д-ром Наоми Тангой, профессором Йоичирохом Хосокавой из NAIST и другими.

Цель дизайна команды была простой; они стремились динамически регулировать высоту канала в зависимости от размера частиц. Они реализовали это, прикрепив металлический зонд к вертикальной оси XYZ-стола — лабораторного оборудования, которое обеспечивает высокоточные движения в трёх измерениях.

Контролируя вертикальное положение зонда, они использовали его тонкий наконечник для нажатия на верхнюю часть 30-микрометрового микрофлюидного канала проточного цитометра. Это сжатие слегка сдавило канал, изменяя его высоту по требованию.

В ходе экспериментов и моделирования команда показала, что обеспечение более близкого протекания частиц к сенсорным электродам за счёт уменьшения высоты канала привело к значительному увеличению чувствительности и точности платформы.

Они добились трёхкратного усиления импедансного сигнала за счёт уменьшения высоты канала на одну треть, одновременно сократив вариабельность сигнала вдвое, что позволило им легко различать множественные клетки разных размеров.

Примечательно, что, внедрив камеру и алгоритм обнаружения объектов, исследователи нашли способ использовать засорение (нежелательное осаждение частиц, препятствующее дальнейшему прохождению аналитов) в качестве стратегии для оптимизации производительности платформы.

«Наша система преднамеренно вызывает критическое сужение путём деформации канала для максимизации чувствительности. Однако эту деформацию можно снять непосредственно перед фактическим возникновением засорения», — объясняет д-р Яксиер. «Таким образом, наш подход действует как умный микроканал, который использует и контролирует явления засорения».

В целом, это исследование закладывает столь необходимую основу для стандартизации адаптивной импедансной проточной цитометрии, прокладывая путь для её интеграции в клинические и исследовательские контексты, где требуются точные клеточные анализы.

«Наши выводы подчёркивают потенциал универсальной высокопроизводительной платформы импедансной проточной цитометрии — простой, устойчивой к засорению и адаптируемой для широкого спектра биомедицинских применений», — заключает д-р Яксиер.

Сотрудничество с медицинскими учреждениями могло бы преобразовать эту инновационную платформу в диагностическое устройство для тестирования у постели больного, а также могло бы быть использовано для разработки и тестирования лекарств.

Больше информации: Trisna Julian et al, A long-term universal impedance flow cytometry platform empowered by adaptive channel height and real-time clogging-release strategy, Lab on a Chip (2025). DOI: 10.1039/D5LC00673B

Источник: Nara Institute of Science and Technology

ИИ: В 2025 году такие разработки особенно актуальны, так как точная диагностика на клеточном уровне становится ключевым элементом персонализированной медицины и быстрой разработки таргетных терапий. Технология, позволяющая обойтись без дорогих флуоресцентных меток, может сделать сложные анализы более доступными.