एसी डाइइलेक्ट्रोफोरेसिस का उपयोग करके गैर-मेटास्टैटिक (एमसीएफ -7) और गैर-ट्यूमर (एमसीएफ -10 ए) स्तन कैंसर कोशिकाओं के पृथक्करण के लिए माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस
Summary
स्तन कैंसर कोशिकाएं गैर-ट्यूमर स्तन उपकला कोशिकाओं की तुलना में विभिन्न ढांकता हुआ गुण प्रदर्शित करती हैं। यह परिकल्पना की गई है कि, ढांकता हुआ गुणों में इस अंतर के आधार पर, दो आबादी को इम्यूनोथेरेपी उद्देश्यों के लिए अलग किया जा सकता है। इसका समर्थन करने के लिए, हम एमसीएफ -7 और एमसीएफ -10 ए कोशिकाओं को सॉर्ट करने के लिए एक माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस मॉडल करते हैं।
Abstract
डायफोरफोरेटिक डिवाइस बाहरी विद्युत क्षेत्र को लागू करके नमूना मात्रा में कैंसर कोशिकाओं के ध्रुवीकरण के सिद्धांत का उपयोग करके लेबल-मुक्त, लागत प्रभावी, मजबूत और सटीक तरीके से कैंसर कोशिकाओं का पता लगाने और हेरफेर करने में सक्षम हैं। यह लेख दर्शाता है कि सेल मिश्रण से हाइड्रोडायनामिक डायफोरफोरेसिस (एचडीईपी) का उपयोग करके गैर-मेटास्टैटिक स्तन कैंसर कोशिकाओं (एमसीएफ -7) और गैर-ट्यूमर स्तन उपकला कोशिकाओं (एमसीएफ -10 ए) के उच्च-थ्रूपुट निरंतर छंटाई के लिए माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफॉर्म का उपयोग कैसे किया जा सकता है। एचडीईपी माइक्रोफ्लुइडिक चिप में माइक्रोन आकार के अंतर के साथ-साथ रखे गए दो इलेक्ट्रोड के बीच एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करके, गैर-ट्यूमर स्तन उपकला कोशिकाओं (एमसीएफ -10 ए) को दूर धकेला जा सकता है, जो मुख्य चैनल के अंदर नकारात्मक डीईपी का प्रदर्शन करता है, जबकि गैर-मेटास्टैटिक स्तन कैंसर कोशिकाएं झिल्ली चालकता से अधिक चालकता होने के कारण सेल माध्यम में निलंबित होने पर अप्रभावित होती हैं। इस अवधारणा को प्रदर्शित करने के लिए, मध्यम चालकता के विभिन्न मूल्यों के लिए सिमुलेशन किए गए थे, और कोशिकाओं की छंटाई का अध्ययन किया गया था। एक पैरामीट्रिक अध्ययन किया गया था, और एक उपयुक्त सेल मिश्रण चालकता 0.4 एस / एम पाई गई थी। मध्यम चालकता को स्थिर रखकर, 0.8 मेगाहर्ट्ज की पर्याप्त एसी आवृत्ति स्थापित की गई थी, जिससे विद्युत क्षेत्र आवृत्ति को बदलकर अधिकतम छंटाई दक्षता मिली। प्रदर्शित विधि का उपयोग करके, उपयुक्त सेल मिश्रण निलंबन मध्यम चालकता और लागू एसी की आवृत्ति चुनने के बाद, अधिकतम छंटाई दक्षता प्राप्त की जा सकती है।
Introduction
एक घातक ट्यूमर जो स्तन ऊतक में और उसके आसपास विकसित होता है, दुनिया भर में महिलाओं में स्तन कैंसर का लगातार कारण है, जिससे एक महत्वपूर्णस्वास्थ्य समस्या होती है। मेटास्टेसिस से पहले स्तन ट्यूमर का इलाज सर्जरी के माध्यम से किया जा सकता है यदि प्रारंभिक चरण में पता लगाया जाता है, लेकिन अगर अनदेखा किया जाता है, तो वे अपने फेफड़ों, मस्तिष्क और हड्डियों में फैलकर रोगी के जीवन पर गंभीर प्रभाव डाल सकते हैं। बाद के चरणों में पेश किए गए उपचार, जैसे विकिरण और रसायन-आधारित उपचार, केगंभीर दुष्प्रभाव हैं। हाल के अध्ययनों ने बताया है कि स्तन कैंसर का प्रारंभिक निदान मृत्यु दर को 60% 3 तक कम कर देता है। इसलिए, व्यक्तिगत प्रारंभिक पहचान विधियों की दिशा में काम करना अनिवार्य है। इसके लिए, विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में काम करने वाले शोधकर्ताओं ने स्तन कैंसर के शुरुआती निदान के लिएउपकरणों को विकसित करने के लिए माइक्रोफ्लुइडिक्स का उपयोग किया है। इन विधियों में सेल आत्मीयता माइक्रो-क्रोमैटोग्राफी, चुंबकीय-सक्रिय माइक्रो-सेल सॉर्टर्स, आकार-आधारित कैंसर सेल कैप्चर और पृथक्करण, और ऑन-चिप डाइइलेक्ट्रोफोरेसिस (डीईपी) 5,6 शामिल हैं। साहित्य में रिपोर्ट की गई ये माइक्रोफ्लुइडिक तकनीकें सटीक सेल हेरफेर, वास्तविक समय की निगरानी और अच्छी तरह से परिभाषित नमूनों की छंटाई को सक्षम करती हैं, जो कई नैदानिक औरचिकित्सीय अनुप्रयोगों में एक मध्यवर्ती कदम के रूप में काम करती हैं। माइक्रोफ्लुइडिक्स के साथ इन सॉर्टिंग तंत्रों का एकीकरण लक्ष्य कोशिकाओं 7,8,9,10 के लचीले और विश्वसनीय हेरफेर प्रदान करता है। इस तरह के एकीकरण के मुख्य लाभों में से एक नैनो से माइक्रोलीटर वॉल्यूम में द्रव के नमूनों के साथ काम करने की क्षमता है और नमूना तरल पदार्थ के विद्युत गुणों में हेरफेर करने में भी सक्षम है। माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के अंदर निलंबित तरल पदार्थ की चालकता को समायोजित करके, जैविक कोशिकाओं को उनके आकार और उनके ढांकता हुआ गुणों में अंतरके आधार पर क्रमबद्ध किया जा सकता है।
इन तकनीकों में, ऑन-चिप डीईपी को अक्सर पसंद किया जाता है क्योंकि यह एक लेबल-मुक्त सेल सॉर्टिंग तकनीक है जो जैविक नमूनों के विद्युत गुणों का शोषण करती है। डीईपी को डीएनए13, आरएनए 14, प्रोटीन15, बैक्टीरिया16, रक्त कोशिकाओं17, परिसंचारी ट्यूमर कोशिकाओं (सीटीसी)18 और स्टेम सेल 19 जैसे जैव-नमूनों में हेरफेर करने की सूचना दी गई है। जैविक नमूनों को छांटने के लिए डीईपी का उपयोग करने वाले माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को साहित्य20 में बड़े पैमाने पर रिपोर्ट किया गया है। व्यवहार्य और गैर-व्यवहार्य खमीर कोशिकाओं को छांटने के लिए जलाशय आधारित डीईपी माइक्रोफ्लुइडिक (आरडीईपी) उपकरणों की सूचना दी गई है जो कोशिकाओं को विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्रतिकूलप्रभावों से बचाते हैं। पियासेंटिनी एट अल ने एक कैस्टेलेटेड माइक्रोफ्लुइडिक सेल सॉर्टर की सूचना दी जो 97% 23 की दक्षता के साथ प्लेटलेट्स से लाल रक्त कोशिकाओं को अलग करता है। असममित छिद्रों और एम्बेडेड इलेक्ट्रोड के साथ ऑन-चिप डीईपी उपकरणों को भी व्यवहार्य और गैर-व्यवहार्य कोशिकाओं को क्रमबद्ध करने के लिए सूचित किया गयाहै। वेलेरो और डेमियर एट अल ने चैनल25,26 के दोनों किनारों पर माइक्रोइलेक्ट्रोड्स के दो सरणी पेश करके कैस्टेलेटेड माइक्रोफ्लुइडिक सेल सॉर्टर को संशोधित किया। इससे चैनल के केंद्र में कोशिकाओं को केंद्रित करने में मदद मिली। ज़ीनेप एट अल ने ल्यूकोसाइट्स27 से एमसीएफ 7 स्तन कैंसर कोशिकाओं को अलग करने और केंद्रित करने के लिए एक डीईपी-आधारित माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस प्रस्तुत किया। उन्होंने ल्यूकोसाइट्स से एमसीएफ 7 कोशिकाओं को 1 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति और 10-12 वीपीपी तक लागू वोल्टेज के साथ 74% -98% के बीच निकालने की दक्षता की सूचना दी। पूरक तालिका 1 डीईपी-आधारित माइक्रोफ्लुइडिक सॉर्टिंग उपकरणों के बीच उनके डिजाइन, इलेक्ट्रोड कॉन्फ़िगरेशन और ऑपरेटिंग मापदंडों (लागू आवृत्ति और वोल्टेज) के आधार पर गुणात्मक और मात्रात्मक तुलना का प्रतिनिधित्व करती है।
हाल ही में, शोधकर्ताओं ने माइक्रोफ्लुइडिक चिप28,29 के अंदर स्तन उपकला कोशिकाओं (एमसीएफ -10 ए) और गैर-मेटास्टैटिक स्तन कैंसर कोशिकाओं (एमसीएफ -7) के ढांकता हुआ व्यवहार में अंतर को मापने की कोशिश की है। जितिन एट अल ने 200 मेगाहर्ट्ज और 13.6 गीगाहर्ट्ज30 के बीच आवृत्तियों के साथ एक ओपन-एंडेड समाक्षीय जांच तकनीक का उपयोग करके विभिन्न कैंसर सेल लाइनों की ढांकता हुआ प्रतिक्रियाओं की भी विशेषता बताई। एमसीएफ -7 और एमसीएफ -10 ए सेल लाइनों की ढांकता हुआ प्रतिक्रियाओं में इन अंतरों का उपयोग रनटाइम में उन्हें अलग करने के लिए किया जा सकता है और व्यक्तिगत प्रारंभिक चरण निदान उपकरणों के विकास का कारण बन सकता है।
इस लेख में, हम एसी डाइइलेक्ट्रोफोरेसिस का उपयोग करके गैर-मेटास्टैटिक स्तन कैंसर कोशिकाओं (एमसीएफ -7) और गैर-ट्यूमर स्तन उपकला कोशिकाओं (एमसीएफ -10 ए) की नियंत्रित छंटाई का अनुकरण करते हैं। विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन का क्षेत्र माइक्रोफ्लुइडिक चिप के अंदर छंटाई को प्रभावित करता है। प्रस्तावित तकनीक को लागू करना आसान है और विभिन्न माइक्रोफ्लुइडिक चिप लेआउट में सॉर्टिंग तकनीक के एकीकरण की अनुमति देता है। कम्प्यूटेशनल द्रव गतिशीलता (सीएफडी) सिमुलेशन गैर-मेटास्टैटिक स्तन कैंसर कोशिकाओं और गैर-ट्यूमर स्तन उपकला कोशिकाओं के पृथक्करण का अध्ययन करने के लिए द्रव माध्यम की चालकता को बदलकर किया गया था जिसमें कोशिकाओं को निलंबित कर दिया गया था। इन सिमुलेशन में, यह दिखाया गया है कि, चालकता को स्थिर रखकर और लागू आवृत्ति को बदलकर, कैंसर कोशिकाओं और स्वस्थ कोशिकाओं के पृथक्करण को नियंत्रित किया जा सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को पहले सेल कल्चर, ट्रैपिंग औरसॉर्टिंग 47,52,53 के लिए रिपोर्ट किया गया है। क्लीनरूम में इन उपकरणों का निर्माण एक महंगी प्रक्रिया है, और सीएफडी ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस अध्ययन को पाकिस्तान के उच्च शिक्षा आयोग द्वारा समर्थित किया गया था।
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