Un nouveau chipscope photonique pour la surveillance sans étiquette des activités des cellules vivantes


L'équipe d'ingénieurs de HKU développe un nouveau chipscope photonique pour la surveillance sans étiquette des activités des cellules vivantes

Crédit photo : Université de Hong Kong

La surveillance étiquette, non invasive et quantitative des activités cellulaires est essentielle pour comprendre divers processus biologiques et la façon dont les cellules réagissent aux médicaments thérapeutiques.

Cependant, les approches existantes sont souvent entravées par de multiples étapes de préparation chronophages, un équipement compliqué et une incompatibilité qui peut perturber et affecter de manière indésirable les cellules.

Une équipe de recherche interdisciplinaire dirigée par le Dr. Zhiqin Chu du Département de génie électrique et électronique de l’Université de Hong Kong (HKU) et le Dr. Yuan Lin du Département de génie mécanique, HKU, en collaboration avec le Dr. Kwai Hei Li de la Southern University of Science and Technology a développé un chipscope GaN à faible coût, hautement miniaturisé et compatible avec les incubateurs qui permet la surveillance en temps réel des cellules dans l’espace confiné et humide d’un incubateur.

Cet appareil pratique fournirait de nouvelles perspectives dans la recherche fondamentale en biologie cellulaire et en découverte de médicaments, et aiderait au développement d’une nouvelle génération de biocapteurs. L’équipe a déposé une demande de brevet provisoire aux États-Unis.

Par rapport aux molécules fluorescentes traditionnelles et aux techniques de marquage à base de radionucléides, l’analyse sans marquage permet une surveillance en temps réel des changements de biosignal sans manipulation artificielle d’échantillons individuels. Il permet aux échantillons cibles de conserver leurs états intrinsèques, minimisant les effets secondaires sur la conformation native et l’activité biologique des ligands, cellules ou tissus cibles.

À ce jour, les capteurs microélectroniques basés sur la mesure d’impédance électrique sont la de capteur sans marque leader sur le marché. Ce capteur électrique contient un ensemble de biocapteurs en or intégrés dans la plaque à puits, permettant une d’impédance en temps réel pour suivre et quantifier la dynamique liée à l’adhésion des cellules vivantes. Cependant, le champ électrique qui y est utilisé pourrait potentiellement perturber les échantillons sensibles aux signaux électriques, tels que les nerfs et le myocarde.

Comme alternatives, les approches de détection optiques évanescentes basées sur le champ, y compris les biocapteurs à réseau de guides d’ondes résonnants (RWG) et la résonance plasmonique de surface (SPR), ont suscité un vif intérêt ces dernières années en raison de leur nature non invasive et sans étiquette. Bien que ces technologies aient une précision optique supérieure et soient largement utilisées dans l’étude des interactions des biomolécules et la détection des activités des cellules vivantes, elles ont des exigences élevées sur les conditions de test et la conception globale, ce qui considérablement leurs larges applications dans divers environnements.

Le chipscope monolithique à base de GaN bien établi intègre un mini microscope à contraste interférentiel différentiel (DIC) personnalisé qui peut surveiller quantitativement la progression de divers processus intracellulaires sans étiquette. Il permet non seulement la lecture photoélectrique des changements d’indice de réfraction (RI) cellulaire/subcellulaire, mais également l’imagerie en temps réel des caractéristiques ultrastructurales cellulaires/subcellulaires dans l’incubateur.

Le cœur de ce système est une puce miniaturisée au GaN qui intègre des sous-unités d’émission de lumière et de photodétection à base d’InGaN/GaN (LED-PD). Sa conception unique empilée de réflecteurs Bragg distribués peut considérablement améliorer l’efficacité de la collecte de la lumière.

La puce GaN photonique miniaturisée est capable de détection photoélectrique et permet une surveillance en temps réel de l’indice de réfraction induit par le comportement collectif des cellules à la surface de la puce. Le système d’imagerie mini-DIC intégré permet aux utilisateurs de saisir clairement les changements en temps réel de la morphologie cellulaire. En couplant l’unité d’imagerie et l’unité de capteur RI, la plate-forme peut détecter quantitativement le comportement cellulaire in situ, y compris la précipitation cellulaire, la fixation initiale, l’étalement, le rétrécissement, etc. Cet analyseur de cellules pratique et prêt à l’emploi a été utilisé avec succès dans l’industrie pharmaceutique criblage d’activité et voies de transformation du phénotype des cellules immunitaires.

Cette recherche élargit les applications des puces photoniques GaN dans le domaine de la biodétection. En particulier, la stratégie combinée des capteurs à puce et de l’imagerie optique dépasse les limites des méthodes classiques de surveillance « puce photonique » et « microscopie ». Le « chipscope » qui en résulte représente une avancée significative et passionnante dans le développement des biocapteurs.

La recherche a été publiée dans Sciences avancées.


Gouttelettes lipidiques comme microlentilles intracellulaires endogènes


Plus d’information:
Yong Hou et al, Un chipscope photonique GaN monolithique polyvalent, compatible avec un incubateur pour la surveillance sans étiquette des activités des cellules vivantes, Sciences avancées (2022). DOI : 10.1002/adv.202200910

Fourni par l’Université de Hong Kong

Citation: A novel photonic chipscope for -free monitoring of live cell Activities (16 juin 2022), extrait le 16 juin 2022 de https://phys.org/news/2022-06-photonic-chipscope-label-free -cell .html

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