La onda de sonido permite la sensación de audición, y es una forma importante de comunicarse en el mundo animal. En física, el sonido se considera una vibración mecánica que puede propagarse en gases, líquidos y sólidos. Un equipo de investigación de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD), dirigido por el profesor asistente Dr. Ye Ai, está estudiando las interacciones entre el ultrasonido (más allá del límite audible de la audición humana) y los objetos del tamaño de una micra (por ejemplo, células biológicas) suspendidos en soluciones acuosas. El equipo de investigación del Dr. Ai desarrolló recientemente una tecnología de clasificación de niveles de células individuales de alta precisión utilizando un haz de ondas de sonido altamente enfocado (50 μm de ancho aproximadamente ¼ del diámetro de un solo cabello humano). Esta nueva tecnología de manipulación celular permite un aislamiento altamente preciso de poblaciones de células raras en muestras biológicas complejas. De manera más concisa, proporciona el potencial de encontrar una sola celda en un millón.

Análisis unicelular, por ejemplo, la capacidad de examinar mutaciones del ADN a nivel de una sola célula, es esencial para evaluar la heterogeneidad genética de los cánceres entre diferentes pacientes, y por lo tanto tiene un gran potencial para avanzar hacia la medicina de precisión para el tratamiento del cáncer. La clave para implementar el análisis de células individuales es la capacidad de aislar células individuales de muestras biológicas muy heterogéneas. Según un análisis de mercado reciente realizado por Markets and Markets Research Pte Ltd, el tamaño del mercado global de clasificación celular es de USD 357 mil millones en 2016 y se espera que alcance los USD 7,89 mil millones en 2021 con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 17.2%. Se espera que Asia sea el mercado de más rápido crecimiento en los próximos cinco años debido al aumento de las inversiones gubernamentales en biotecnología y el sector de la salud.

En la actualidad, La clasificación y el aislamiento de poblaciones de células raras se realiza normalmente mediante el sistema de clasificación de células activadas por fluorescencia (FACS), una tecnología desarrollada hace casi 60 años. Sin embargo, Los sistemas FACS actuales son complejos, voluminoso, y caro, requiriendo personal altamente capacitado para su operación, y puede producir aerosoles biopeligrosos en entornos abiertos. La tecnología de microfluidos capaz de manipular células con precisión tiene un gran potencial para reinventar la tecnología de clasificación de células de próxima generación.

En esta investigación, El equipo del Dr. Ai diseñó y construyó un sistema de clasificación acústica que incluía un canal de microfluidos desechables, un generador de ondas de sonido reutilizable y un módulo de detección de fluorescencia. Las células diana con etiquetas fluorescentes específicas para sus biomarcadores de superficie pueden ser reconocidas por el módulo de detección de fluorescencia. Tras la detección de una sola célula objetivo, el sistema activa el generador de ondas de sonido para producir un haz de ondas de sonido pulsado altamente enfocado que puede desviar rápidamente la celda objetivo hacia la salida de recolección. El haz de ondas sonoras con un ancho de 50 μm está muy localizado, permitiendo una clasificación precisa a nivel de celda única.

Investigador principal, El Dr. Ai dijo:"En comparación con los sistemas FACS convencionales, Los méritos de esta tecnología de clasificación de células incluyen un mecanismo de clasificación sustancialmente simplificado que reduce el tamaño del instrumento, reduce su complejidad y reduce sustancialmente los costes. No solo eso, pero también permite una clasificación de nivel de celda única más precisa y no deja daños en las celdas objetivo porque las ondas de sonido son mucho más suaves que los campos eléctricos ampliamente utilizados en los sistemas FACS convencionales ".

Esta nueva tecnología de clasificación de células se ha publicado en Laboratorio en un chip , una revista de primer nivel centrada en la investigación de dispositivos y aplicaciones innovadores a micro y nanoescala. En este proyecto participaron dos estudiantes graduados del SUTD (Zhichao Ma y Yinning Zhou) y un investigador postdoctoral (David Collins).

El equipo del Dr. Ai ha desarrollado y demostrado un sistema prototipo de laboratorio completamente funcional, y actualmente está buscando subvenciones para comercializar esta tecnología como instrumentación de sobremesa que tiene una amplia aplicación en la investigación biológica, diagnóstico clínico y terapéutica basada en células.