Dispositivo microfluidico per la separazione di cellule di cancro al seno non metastatiche (MCF-7) e non tumorali (MCF-10A) mediante dielettroforesi AC

Sommario

Le cellule del cancro al seno presentano proprietà dielettriche diverse rispetto alle cellule epiteliali mammarie non tumorali. È stato ipotizzato che, sulla base di questa differenza di proprietà dielettriche, le due popolazioni possano essere separate ai fini dell'immunoterapia. Per supportare questo, modelliamo un dispositivo microfluidico per ordinare le celle MCF-7 e MCF-10A.

Abstract

I dispositivi dielettroforetici sono in grado di rilevare e manipolare le cellule tumorali in modo privo di etichette, economico, robusto e accurato utilizzando il principio della polarizzazione delle cellule tumorali nel volume del campione applicando un campo elettrico esterno. Questo articolo dimostra come una piattaforma microfluidica può essere utilizzata per lo smistamento continuo ad alto rendimento di cellule di cancro al seno non metastatico (MCF-7) e cellule epiteliali mammarie non tumorali (MCF-10A) utilizzando la dielettroforesi idrodinamica (HDEP) dalla miscela cellulare. Generando un campo elettrico tra due elettrodi posti fianco a fianco con uno spazio di dimensioni micron tra loro in un chip microfluidico HDEP, le cellule epiteliali mammarie non tumorali (MCF-10A) possono essere allontanate, esibendo DEP negativo all'interno del canale principale, mentre le cellule di cancro al seno non metastatico seguono il loro decorso inalterate quando sospese nel mezzo cellulare a causa della conduttività superiore alla conduttività della membrana. Per dimostrare questo concetto, sono state eseguite simulazioni per diversi valori di media conduttività ed è stato studiato lo smistamento delle celle. È stato condotto uno studio parametrico ed è risultata una conduttività della miscela cellulare adatta a 0,4 S/m. Mantenendo fissa la conducibilità del mezzo, è stata stabilita un'adeguata frequenza CA di 0,8 MHz, dando la massima efficienza di ordinamento, variando la frequenza del campo elettrico. Utilizzando il metodo dimostrato, dopo aver scelto la conduttività e la frequenza della media di sospensione della miscela cellulare appropriata dell'AC applicata, è possibile ottenere la massima efficienza di selezione.

Introduzione

Un tumore maligno che si sviluppa dentro e intorno al tessuto mammario è una causa frequente di cancro al seno nelle donne di tutto il mondo, causando un problema di salute critico¹. I tumori al seno prima delle metastasi possono essere trattati chirurgicamente se rilevati in una fase precoce, ma se ignorati, possono avere gravi implicazioni sulla vita del paziente diffondendosi ai polmoni, al cervello e alle ossa. I trattamenti offerti nelle fasi successive, come le radiazioni e le terapie a base chimica, hanno gravi effetti collaterali². Studi recenti hanno riportato che una diagnosi precoce di cancro al seno riduce il....

Protocollo

NOTA: Il protocollo qui utilizza COMSOL, un software di simulazione multifisica, per simulare l'ordinamento controllato delle cellule di cancro al seno non metastatiche (MCF-7) e delle cellule epiteliali mammarie non tumorali (MCF-10A) utilizzando la dielettroforesi AC.

1. Progettazione del chip e selezione dei parametri

1. Aprire il software multifisico e selezionare Modello vuoto. Fare clic con il pulsante destro del mouse su Definizioni globali e selezionare Parametri. Importare i parametri indicati nella Tabella 1 nelle definizioni globali come f....

Risultati

Studiare i parametri operativi ottimali per un efficace ordinamento basato su DEP delle cellule epiteliali mammarie non metastatiche (MCF-7) e non tumorali (MCF-10A)
Per ottenere una separazione di successo del carcinoma mammario non metastatico (MCF-7) e delle cellule epiteliali mammarie non tumorali (MCF-10A) con proprietà dielettriche divergenti quando sottoposte a dielettroforesi, i loro fattori K dovrebbero essere distinti mantenendo la frequenza applicata fissa^{37,38<.......}

Discussione

Dispositivi microfluidici sono stati descritti in precedenza per la coltura cellulare, l'intrappolamento e lo smistamento 47,52,53. La fabbricazione di questi dispositivi in camera bianca è un processo costoso ed è imperativo quantificare l'output e l'efficienza di un dispositivo microfluidico proposto attraverso simulazioni CFD. Questo studio presenta la progettazione e le simulazioni di un dispositivo microfluidico AC-dielettr.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
di simulazione multifisica	COMSOL	COMSOL

Software