Потребители на рынке включают тех, кто занимается биомедицинскими исследованиями в академических и промышленных лабораториях, а также биотехнологическими и медико-биологическими компаниями, которые стремятся экспрессировать определенные молекулы в различных клетках. Кроме того, растет интерес к использованию технологии трансфекции в клинической практике, особенно с появлением технологии CRISPR для редактирования генов.
Успешная трансфекция клеток представляет собой этап, ограничивающий скорость в многочисленных биомедицинских исследованиях и рабочих процессах биопродукции, включая: клеточную терапию, скрининг РНК-интерференции и исследования стволовых клеток.
Проблемы включают в себя непостоянную и низкую эффективность трансформации, особенно с трудно трансфицируемыми клеточными линиями, такими как первичные клеточные линии и линии стволовых клеток. Одним из традиционных узких мест для электропорации была эффективная доставка без ущерба для жизнеспособности клеток. Успешная электропорация включает оптимизацию широкого диапазона параметров электрического поля и буфера, на которые влияет тип клеток и молекулярная полезная нагрузка, для достижения идеального баланса эффективности трансфекции (сколько доставляется) и нанесенного ущерба (сколько клетки повреждены или умирают).
Протоколы часто определяются путем дорогостоящих проб и ошибок и могут значительно отличаться от лаборатории к лаборатории и от приложения к приложению. Междисциплинарная группа исследований и разработок Rutgers сосредоточена на трансляционных исследованиях в разработке технологии электропорации следующего поколения для высокоэффективной доставки в клетки с превосходной жизнеспособностью.
Новизна этого отчета заключается в обнаружении импеданса проницаемости мембраны в среде с непрерывным потоком с беспрецедентной чувствительностью, достижение, о котором ранее не сообщалось в литературе.
Наблюдая за изменениями электрических характеристик отдельных клеток при воздействии коротких сильных электрических полей, команда смогла определить, когда клетка стала проницаемой, и определить условия, которые привели к молекулярной доставке, сохраняя при этом жизнеспособность клеток. Эта технология ускорит процесс трансфекции, исключив возможность разработки протокола электропорации методом проб и ошибок безопасным и эффективным способом для разных типов клеток и приложений.
Платформа микро-электропорации была реализована после обширного теоретического моделирования.
Команда спроектировала и изготовила микрожидкостное устройство, состоящее из сходящейся микрожидкостной «зоны электропорации» и набора электродов, способных как пульсировать проходящую клетку в пути, так и определять степень проницаемости клеточной мембраны. Микрочип электропорации интегрирован со специально разработанным алгоритмом LabVIEW, который непрерывно контролирует канал входа клетки в зону электропорации. При обнаружении клетки к ней прикладывается заданный электрический импульс, и электрический сигнал отслеживается на предмет изменений проницаемости мембраны, что в конечном итоге определяет терапевтический потенциал полезной нагрузки.
Широко распространенное параметрическое исследование было выполнено путем изменения как напряженности электрического поля, так и длительности импульса, а также электрического измерения отклика импеданса мембраны сразу после приложения импульса. Степень проницаемости мембраны зависела от интенсивности приложения импульса, при этом значительное увеличение проницаемости происходило при длительности импульса 0.От 8 до 1 мс. Эта тенденция была также подтверждена путем оптического мониторинга доставки флуоресцентного зонда, йодида пропидия, который непроницаем для клеток с интактными мембранами, но транспортируется в клетку при нарушении мембраны посредством электропорации.
Также было показано, что тенденции жизнеспособности клеток зависят от силы и продолжительности применяемого импульса.
Двигаясь вперед, команда Рутгерса надеется продолжить развитие этой технологии в «умную» автономную систему, которая способна использовать эти электрические сигналы для создания сквозной, управляемой обратной связью платформы электропорации на уровне одной клетки. Повышение эффективности трансфекции позволит подходам клеточной трансформации на основе электропорации стать более распространенными и вытеснить подходы, основанные на вирусах. Они представляют линейку продуктов, состоящую из базовой станции стыковки оборудования и программного обеспечения, которое применяет электрические импульсы и контролирует проницаемость в реальном времени, используя одноразовые «чипы» для работы с ячейками и микрофлюидики.
Конечным результатом станет линейка продуктов, которая проста в использовании, воспроизводима и надежна, что откроет широкий спектр приложений для базовых исследовательских лабораторий, лабораторий разработки и производства в секторе биотехнологий и, в конечном итоге, клинических организаций. заинтересован в прямом редактировании или трансфекции генов для трансплантации и клеточной терапии.