Dispositivo microfluídico para a separação de células de câncer de mama não metastático (MCF-7) e não tumoral (MCF-10A) usando dieletroforese AC

Este protocolo permite a separação de células cancerígenas e saudáveis de forma controlada, mantendo a condutividade constante e alterando a frequência aplicada. Este protocolo simula a classificação controlada de células de câncer de mama não metastáticas e células epiteliais de mama não tumorais usando dieletroforese AC. Esta técnica é o primeiro exemplo baseado em simulação de separação em linha de células de câncer de mama não metastáticas e células epiteliais de mama não tumorais com base em suas propriedades dielétricas.

Para começar, abra o software Multiphysics, selecione o modelo em branco e clique com o botão direito do mouse nas definições globais. Selecione parâmetros e importe os parâmetros fornecidos na tabela um para definições globais como um arquivo de texto ou insira os valores individualmente. Selecione Adicionar componente na guia inicial e adicione um componente 2D.

Clique com o botão direito do mouse na geometria e importe o arquivo de modelo clicando duas vezes no arquivo. Escolha um material em branco e use as propriedades do material da tabela um. Vá para a guia inicial, selecione Adicionar física e digite AC/DC.

Em seguida, vá para o nó AC / DC sob o subnó de campos e correntes elétricas e escolha correntes elétricas como física. Isole as paredes do canal para atribuir potencial aos eletrodos clicando com o botão direito do mouse na corrente elétrica e escolhendo os subnós de conservação de corrente, isolamento e potencial elétrico. Em seguida, selecione Adicionar Física na guia inicial e, sob o nó de fluxo de fluido, vá para o fluxo monofásico do subnó e escolha Física de fluxo rastejante.

Clique com o botão direito do mouse no fluxo monofásico e renderize os limites do chip como paredes usando o subnó de parede. Clique com o botão direito do mouse no fluxo monofásico e adicione dois subnós de entrada e um subnó de saída. Atribua as entradas usando o subnó de entrada e use a velocidade normal e de fluxo como a condição limite.

Atribua a tomada usando o subnó de tomada. Em seguida, selecione Adicionar Física na guia inicial e, sob o nó de fluxo de fluido, vá para o subnó do rastreamento de partículas e escolha Física de fluxo de rastreamento de partículas. Clique com o botão direito do mouse no nó de rastreamento de partículas e verifique as configurações.

Defina as propriedades das partículas para as células MCF-10A e MCF-7 usando o subnó de propriedades da partícula. Escolha as propriedades das partículas nos parâmetros na seção de definição global. Adicione o subnó da força de arrasto para atribuir a força dieletroforética a ambos os tipos de células.

Nesse caso, adicione as propriedades da partícula da seção de parâmetros. Agora escolha Adicionar Malha e selecione Malha Fina na guia inicial. Para construir uma malha, selecione Construir malha e clique em Adicionar estudo para adicionar três etapas de estudo.

O primeiro passo do estudo é para simular uma resposta de frequência e usar um subnó no domínio da frequência. Para simular o fluxo rastejante, escolha um nó de estudo estacionário. Adicione duas etapas dependentes do tempo para simular condições com força dieletroforética e sem força dieletroforética.

Para a condição dieletroforética do nó, escolha a física e a seleção de variáveis, marque a caixa modificar configuração do modelo para a configuração do estudo e desative a etapa dieletroforética. Para condições dieletroforéticas, não desative. Execute a simulação depois de salvar o arquivo.

Depois de realizar as simulações de CFD introduzindo câncer de mama não metastático e linhas celulares epiteliais de mama não tumorais, resolva dois conjuntos de estudos de CFD. Para o primeiro conjunto, clique com o botão direito do mouse no estudo um e adicione o subnó de varredura paramétrica. Pressione o sinal de mais para adicionar condutividade do meio fluido sigma_m como a variável de varredura.

Realizar um estudo de varredura paramétrica para a condutividade do meio fluido sigma_m variando de 0,01 a 2,5 Siemens por metro, mantendo a frequência aplicada constante em 800 kilohertz. Para o segundo conjunto, realize um estudo de varredura paramétrica variando a frequência CA aplicada de 100 kilohertz a 100 mega-hertz, mantendo a condutividade do meio fluido sigma_m fixada em 0,4 Siemens por metro. Calcule a força da força de dieletroforese exercida sobre uma partícula esférica dielétrica em um meio condutor usando esta equação sob o subnó de força dieletroforética.

Use esta equação para uma partícula esférica sob o subnó de força dieletroforética. Para uma partícula esférica sob o subnó de força dieletroforética, use esta equação. Use uma forma modificada da equação anterior para modelar células biológicas, como células de mamíferos, que são mais complexas e têm uma estrutura de várias camadas.

Em seguida, resolva a permeabilidade complexa usando esta equação. Em seguida, plote REK em função do campo elétrico aplicado para câncer e células saudáveis. Clique com o botão direito do mouse no nó de resultados.

Adicione o subnó de avaliação de partículas. E na seção de expressão, digite fpt.deff1. K para plotar o fator CM para a partícula um e fpt.deff2.

K para a partícula dois. Sob a condutividade do meio fluido de 0,01 Siemens por metro e frequência CA de 100 kilohertz, as células MCF-10A e MCF-7 experimentam dieletroforese positiva com um valor REK de 0,82 e 0,76. Na condutividade de 0,4 Siemens por metro, MCF-10A e MCF-7 apresentaram comportamento dieletroforético negativo com valores de REK de menos 0,46 e menos 0,31, respectivamente.

Quando a condutividade foi aumentada para 1,2 Siemens por metro, as linhagens celulares experimentaram dieletroforese negativa a 100 kilohertz com valores REK menos 0,49 e menos 0,43. Sob a condutividade de 0,01 Siemens por metro, ambos os tipos de células experimentaram dieletroforese positiva, moveram-se em direção à região de alta intensidade do campo elétrico e saíram da saída superior. As células MCF-10A se moveram para a saída superior, enquanto as células MCF-7 se moveram para a saída inferior quando a condutividade foi aumentada para 0,4 Siemens por metro com a frequência aplicada fixada em 0,8 mega-hertz.

À medida que a condutividade média foi aumentada para 1,2 Siemens por metro, as linhas celulares se afastaram das regiões de alto campo elétrico. Na frequência de 100 kilohertz, ambas as linhagens celulares experimentaram dieletroforese negativa e se moveram em direção à saída inferior. O comportamento de ambas as linhagens celulares permaneceu inalterado até 0,8 mega-hertz.

Além disso, o MCF-10A mudou seu comportamento dieletroforético e passou para a região dieletroforética positiva. A 100 mega-hertz, ambas as linhagens celulares experimentaram dieletroforética positiva e se moveram em direção à saída superior. Essas técnicas abrirão novos locais para pesquisadores que desejam separar células viáveis e não viáveis e classificar diferentes tipos de células cancerígenas se as propriedades dielétricas não forem as mesmas.

Além disso, a classificação com base em tamanhos diferentes pode ser alcançada usando o mesmo método.