di Cleopatra Gatti |
Imec, centro di ricerca e innovazione leader a livello mondiale nel settore della nanoelettronica e delle tecnologie digitali, e Sarcura, una start-up tecnologica austriaca in fase iniziale, hanno realizzato e presentato il prototipo di un citometro a flusso on-chip che utilizza la fotonica integrata.
Pubblicata oggi su Scientific Reports, parte del Nature Publishing Group, questa innovazione consiste in una piattaforma unica per il rilevamento e la discriminazione dei leucociti umani e segna un passo significativo verso un’analisi cellulare economica, scalabile e altamente parallelizzata.
Identificare le cellule terapeutiche
L’identificazione accurata delle cellule umane è un’operazione chiave nella medicina moderna, fondamentale per la comprensione dei meccanismi delle malattie e per il progresso di trattamenti mirati e personalizzati. Con l’avvento della produzione cellulare, le cellule viventi possono ora essere ingegnerizzate per funzionare come trattamenti, in particolare in terapie innovative come la terapia immunitaria Car-T per il cancro.
La capacità di identificare queste cellule terapeutiche in prodotti cellulari complessi ad alta produttività è cruciale e spesso sensibile ai tempi. Il metodo di scelta attuale è la citometria a flusso, che consente di caratterizzare le popolazioni cellulari in base alle caratteristiche fisiche e chimiche delle singole cellule che passano davanti a un laser. Tuttavia, l’attuale implementazione comprende strumentazione ingombrante, flussi di lavoro complessi e manuali (che comportano rischi di contaminazione) e costi operativi elevati. Queste sfide ostacolano la disponibilità e l’adozione diffusa di terapie cellulari in contesti decentralizzati.
Le sfide affrontate nel progetto da Imec
Per affrontare queste limitazioni, imec ha sfruttato la sua esperienza nella tecnologia Cmos, nella fotonica e nella fluidica per automatizzare, miniaturizzare e parallelizzare la citometria a flusso.
Realizzato sulla linea pilota Cmos da 200 mm di imec, il chip optofluidico è caratterizzato da una pila di materiali all’avanguardia che facilita sia l’illuminazione delle cellule e la cattura della luce diffusa attraverso l’ottica a guida d’onda, sia la consegna precisa delle cellule ai punti di rilevamento mediante canali microfluidici.
“La fotonica del silicio, come dimostrato con successo in questo nuovo chip fotonico, è un elemento rivoluzionario ed essenziale, che fonde le capacità di rilevamento delle singole cellule con una massiccia parallelizzazione su un ingombro drasticamente miniaturizzato. Questa scoperta apre nuove possibilità per affrontare sfide finora irrisolte in applicazioni come la produzione di terapie cellulari”, afferma Daniela Buchmayr, Ceo e co-fondatrice di Sarcura.
Niels Verellen, direttore scientifico di imec, ha dichiarato: “Abbiamo dimostrato per la prima volta che un chip biofotonico integrato monoliticamente può essere utilizzato per raccogliere segnali di diffusione ottica che consentono di discriminare linfociti e monociti dal campione di sangue di un paziente, rivaleggiando con le prestazioni dei citometri commerciali. Il vantaggio principale risiede nel potenziale di parallelizzazione densa di più canali di flusso per aumentare il throughput del sistema”.
Verso nuove piattaforme di smistamento cellulare
In una fase successiva, il design compatto e privo di allineamenti dovrebbe consentire di identificare miliardi di cellule in un tempo limitato.
L’architettura del chip si integra perfettamente con il modulo di smistamento cellulare a getto di bolla precedentemente sviluppato da imec, compatibile con la fabbricazione su scala wafer. Inoltre, i componenti fotonici e il layout possono essere personalizzati per applicazioni specifiche. Questo prototipo rappresenta, quindi, un salto sostanziale verso piattaforme di smistamento cellulare altamente parallelizzate ed economicamente vantaggiose.0
