Notícia

Novo método automático para medir a rigidez das células

Prof. Aram Chung

Fonte

Instituto Politécnico Rensselaer

Data

quinta-feira, 25 maio 2017 15:40

Áreas

Engenharia Biomédica. Biotecnologia. Biomecânica. Biologia Celular. Microfluídica.

Uma equipe que inclui pesquisadores do Instituto Politécnico Rensselaer (Rensselaer Polytechnic Institute – RPI), nos Estados Unidos, desenvolveu uma abordagem inovadora para medir propriedades mecânicas celulares, como por exemplo a rigidez celular, que pode ser usada como biomarcador de doenças celulares e estados celulares. Os resultados da pesquisa podem ser usados para diagnóstico rápido do câncer e rastreio rápido de drogas, bem como para o desenvolvimento de medicina personalizada.

Em artigo publicado recentemente na revista científica Small, os pesquisadores RPI desenvolveram um processo que mede a rigidez de milhares de células únicas usando um novo método de injeção de células microfluídicas (iMCS) de maneira totalmente automatizada e com alto rendimento para a identificação do estado celular.

De acordo com os pesquisadores do Rensselaer, é um fato bem conhecido que as células malignas de câncer são mais macias (mais deformáveis) do que as células saudáveis. Por outro lado, os glóbulos vermelhos de um paciente infectado com malária são mais rígidos do que os glóbulos vermelhos de uma pessoa saudável. “Estas observações sugerem que a medição de propriedades mecânicas celulares é importante, e este princípio tem sido amplamente aplicado em estudos biofísicos, diagnóstico de câncer e descoberta de drogas“, disse o Dr. Aram Chung, professor assistente no Departamento de Engenharia Mecânica, Aeroespacial e Nuclear do RPI.

“O desafio é que a varredura da rigidez de milhares de células únicas de forma robusta, rápida e automatizada é extremamente difícil“, disse o Dr. Aram Chung. “Nesta pesquisa, os desafios tiveram de ser abordados através de inovações de vários campos e uma forte colaboração entre os biólogos de câncer e engenheiros mecânicos e biomédicos, para permitir a investigação. Nós desenvolvemos um novo dispositivo microfluídico que pode caracterizar as propriedades mecânicas de mais de 6.000 células em menos de um minuto, desde  a injeção da amostra até a análise de dados”.

O Dr. Aram salientou que este desenvolvimento pode ter várias aplicações. Em primeiro lugar, a técnica de iMCS mostra grande potencial para ser implementada clinicamente para o diagnóstico rápido de câncer através do processamento de amostras de pacientes desconhecidos. Por exemplo, amostras de efusão pleural podem ser coletadas diretamente dos pacientes e processadas através do iMCS, e então podem ser obtidos resultados imediatos de deformabilidade celular, o que poderia potencialmente guiar o parecer médico. Além disso, a plataforma resultante da pesquisa pode ser expandida para rastreio rápido de drogas e medicina personalizada. Em vez de aguardar dias para obter a eficácia do tratamento medicamentoso em amostras específicas em diferentes condições, o iMCS oferece uma rápida caracterização da resposta celular sob vários estímulos externos, proporcionando a possibilidade de processar um grande número de amostras para várias aplicações de teste de drogas.

“Meu papel teve foco na engenharia de uma plataforma microfluídica que pudesse ser realmente usada para a investigação médica e biofísica. Para habilitar isso, passei muito do meu tempo trabalhando para projetar um iMCS simples de usar, sem sacrificar sofisticadas funcionalidades para a caracterização mecânica precisa da célula”, disse Yanxiang Deng, um estudante de pós-graduação que também trabalha no Laboratório de Biootpfluídica do professor Chung.

O Laboratório de Bioptofluídica é um grupo de pesquisa no Departamento de Engenharia Mecânica, Aeroespacial e Nuclear em Rensselaer que é dedicado à investigação sobre ambientes fluidos em microescala. Baseado em uma série de estudos fundamentais sobre os comportamentos de fluidos inerciais em microescala e sua integração com outros meios, o laboratório está desenvolvendo uma nova classe de plataformas microfluídicas de alto desempenho para biomedicina e fabricação.

Em Rensselaer, a área de pesquisa de Yanxiang Deng tem foco no estudo da física microfluídica inercial para desenvolver microsistemas para a análise quantitativa de uma única célula. Como seu próximo passo, Deng está trabalhando na criação de um novo classificador de células com capacidade de deformabilidade, permitindo que o perfil molecular compreenda a relação entre deformabilidade e migração o câncer, através de uma nova colaboração com o Centro Médico de Albany.

“Além da engenharia necessária para o desenvolvimento de um sistema microfluídico inovador para a triagem celular em tempo real, o esforço para a automação do processo deve ser destacado”, disse o professor Aram Chung. “Muitos desenvolvimentos recentes na área de microfluídica não têm sido usados por biólogos ou médicos. Isto acontece em grande parte porque os dispositivos são difíceis de operar sem treinamento extensivo e conhecimento muito específico. Aqui, nós permitimos uma operação totalmente automatizada baseada em um único comando onde o processo funciona sem qualquer intervenção humana, realizando uma operação amigável e robusta “. O professor Chung mencionou que sem simplicidade e robustez, as tecnologias microfluídicas não causariam impactos práticos.

A pesquisa e colaboração do professor Aram Chung com biólogos e pesquisadores de mecânica de fluidos (numérica e experimental) exemplifica a visão do Novo Politécnico: um paradigma emergente para o ensino, aprendizagem e pesquisa em Rensselaer, cuja base é o reconhecimento de que os desafios e oportunidades globais são tão grandes que não podem ser adequadamente abordados por uma pessoa trabalhando isoladamente, mesmo que seja muito talentosa. Esta nova proposta do Instituto Politécnico Rensselaer traz um novo tipo de colaboração – em que parceiros de todas as disciplinas, setores e regiões geográficas – enfrentam em conjunto desafios globais complexos, usando ferramentas e tecnologias avançadas.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Fonte: Jessica Otitigbe, Rensselaer Polytechnic Institute News. Imagem: Prof. Aram Chung.

 

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