עיצוב מכשירי microfluidic ללימוד ותגובות ניידות תחת בית או להתאבדות כימית / חשמל / שאר מתח גירויים

רלוונטיות תעשייתית למנהלים

פלטפורמות מיקרופלואידיקה המאפשרות בקרה מדויקת על גירויים כימיים, חשמליים ומאמצי גזירה, מספקות למחקר ופיתוח בתחום הביו-פארמה גישה ניתנת להרחבה להפחתת סיכונים בתיקוף מטרות (target validation) באמצעות חיקוי של מיקרו-סביבות in vivo מורכבות. התקנים אלו, המבוססים על PMMA, מגבירים את התפוקה הניסיונית לסריקת תגובות תאיות תחת גירויים בו-זמניים, ובכך תומכים בהבנה מכניסטית בשלבי הגילוי המוקדמים. הטכנולוגיה מסייעת בתעדוף מטרות עם רמת ביטחון ניבויית גבוהה יותר, בטרם הקצאת משאבים לזיהוי מובילים (lead identification).

יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פארמה

גילוי מוקדם ותיקוף מטרה

• ערך מדעי: מאפשר חקירה של תגובות תאיות למדרגי ריכוז כימיים, שדות חשמליים ומאמץ גזירה כדי להבהיר את מעורבותן של מסלולים במנגנוני מחלה.
• ערך תפעולי: מצעי PMMA מאפשרים ייצור מהיר ובעלות נמוכה באמצעות אבלציה בלייזר, מה שתומך בתכנון איטרטיבי בבדיקת היפותזות על מטרות.
• ערך חיזוי: מכמת את ייצור רדיקלי חמצן רבובים (ROS) ואת נדידת תאים תחת גירויים מוגדרים, ובכך מספק מדדים פונקציונליים להפחתת סיכונים במטרות.

סריקה ופיתוח בדיקה

• ערך מדעי: יוצר חמישה מדרגי ריכוז במקביל למדרגי מאמץ גזירה או שדות חשמליים, מה שמאפשר סריקה רב-פרמטרית במכשיר בודד.
• ערך תפעולי: מפחית את מספר החזרות הניסיוניות על ידי שילוב של מספר תנאי גירוי, ובכך משפר את יעילות הבדיקה לסריקת ספריות של תרכובות או siRNA.
• יכולת הרחבה: תואם לתהליכי עבודה סטנדרטיים של מיקרוסקופיה ואינקובציה, מה שמקל על האימוץ שלו ברצפי סריקה.

מחקר תרגומי ופרה-קליני

• המשכיות תרגומית: שימוש בתאי סרטן ריאה CL1-5 כמודל רלוונטי למחלה לצורך חקר פנוטיפים המונעים על ידי המיקרו-סביבה.
• הפחתת סיכונים מכניסטיים: בידוד התרומות של גירויים כימיים, חשמליים ומכניים לתגובות תאיות, לצורך גיבוש אסטרטגיות לטיפול משולב.
• הלימה פרה-קלינית: תוצאות כגון נדידה ועקה חמצונית נמצאות במתאם עם מאפיינים הרלוונטיים למטסטזה וליכולת פלישה.

שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד

השבבים המיקרופלואידיים משמשים כפלטפורמת בדיקה בשלב הגילוי, המגשרת בין תיקוף המטרה לסריקת מועמדים ראשונית, על ידי אספקת פנוטיפים תאיים כמותיים המגיבים לגירויים.

• ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת השערות לגבי האופן שבו רמזים מהמיקרו-סביבה מווסתים התנהגות תאית במודלים של סרטן ומחלות אחרות.
• סריקה: מאפשר בדיקה מקבילה של תגובות תאיות על פני מדרגי ריכוז כימי וגירויים פיזיים, ובכך מגדיל את צפיפות הנתונים לניסוי.
• אנליטיקה: מייצר פלטים מדידים, כולל זיהוי ROS מבוסס פלואורסצנציה ומדדי נדידה ב-time-lapse להשוואה אובייקטיבית.
• מחקר תרגומי: משתמש בשורת תאים של סרטן ריאה גרורתי כדי לקשר בין תגובות למיקרו-סביבה לבין פנוטיפים של פלישתיות הרלוונטיים למחלה.
• שימוש חוזר ארגוני: עיצוב מבוסס PMMA מאפשר שחזור בין מעבדות ופרויקטים להעסקה עקבית של גירויים במחקרי מכנו-ביולוגיה או פרמקולוגיה.

השפעה תפעולית וארגונית

• ערך מדעי: מפחית עמימות מכניסטית על ידי מתן אפשרות להחלה מבוקרת של גירויים בודדים או גירויים בו-זמנית כדי לבודד תרומות של משתנים.
• ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של הזרמת הגירויים באמצעות יצירת מדרג (gradient) הניתן לשחזור, ובכך ממזער שונות בין חזרות.
• ערך אסטרטגי: משפר החלטות go/no-go על ידי אספקת מדדי יעילות ורעילות רב-פרמטריים תחת תנאים רלוונטיים פיזיולוגית.
• השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מטרות מותאם-סיכון על ידי זיהוי תרכובות המווסתות תגובות תאיות ספציפיות לגירוי.

שיקולי יישום

• דורש מומחיות בתכנון מיקרופלואידי, אבלציה בלייזר של PMMA והרכבת ממשק פלואידי.
• תלוי בגישה למכונת חריטה בלייזר CO2, סטריליזציה ב-UV וציוד להחלקת נוזלים (priming) כגון מזרקים וצינוריות.
• מחייב סטנדרטיזציה של זריעת תאים, תזמון יישום הגירוי ונרמול קריאות בין הצוותים.
• התאמה לסוגי תאים אחרים עשויה לדרוש אופטימיזציה של ממדי התעלות וקצבי זרימה כדי לשמור על מאמץ הגזירה (shear stress) ועל שלמות הגרדיאנט.
• מגבלות מעשיות כוללות היווצרות בועות במהלך ה-priming והיפרדות אלקטרודות במערכי שדה חשמלי, כפי שצוין בפרוטוקול.

שאלות נפוצות בביופארמה