Mikroakışkan Cihazlarda Manyetik Tabanlı Hücre Ayrıştırması

Abstract

Kan, hastalıkla ilişkili hücreleri heterojen örneklerden ayırarak hastalık teşhisi ve tedavisi için kullanılır. Bu hücrelerin bazıları, örneğin damar hasarı ve kanser için biyobelirteçler olarak kullanılan dolaşımdaki endotel hücreleri (CEC'ler) gibi nadirdir. Bu nadir hücrelerin kesin olarak ayrılması çok önemli ve zordur. Bu sorunu çözmek için etiketsiz bir mikroakışkan sistem geliştirildi. Bu sistem, parçacıkları etiketlemeden belirli konumlara kaldırmak için manyetik, yerçekimsel ve sürükleme kuvvetlerinden yararlanan Manyetik Levitasyon ilkelerini kullanarak CEC'leri beyaz kan hücrelerinden (WBC'ler) izole eder. Mikroakışkan çipin bir girişi ve iki çıkışı vardır: üst çıkış, CEC'lerin bir taklidi olarak düşük yoğunluklu İnsan Göbek Ven Endotel Hücrelerini (HUVEC'ler) toplarken, alt çıkış, bir geri çekme yöntemi kullanarak WBC'lerin bir taklidi olarak yüksek yoğunluklu U937 hücrelerini toplar. Ayrıştırma verimliliğini optimize etmek için paramanyetik ortam olarak kullanılan gadolinyumunun (Gd3+) çeşitli konsantrasyonları, akış hızları ve oranları test edildi. Çıkışlar arasındaki akış hızı oranlarının ayarlanması, sanal bir ayraç oluşturarak ayıklama verimliliğini artırdı. Toplam 0,2 mL/saat geri çekme akış hızıyla 30 mM Gd3+ kullanılması, üst çıkıştan HUVEC'lerin %86,67 ± 10,4'te ve U937 hücrelerinin %20,83 ± 7,93'te ayrıştırma verimliliğine ulaştı. Ek olarak, aynı mikroakışkan çip kullanılarak canlı/ölü MDA-MB-231 kanser hücresi ayrımı gerçekleştirildi. Canlı/ölü ayırmanın amacı, daha fazla sayıda canlı hücrenin sferoid oluşum verimliliğini arttırması nedeniyle, sferoid oluşum gibi doku mühendisliği uygulamalarında kullanılmak üzere canlı hücreler elde etmekti. Toplam 0,25 mL/saat geri çekme akış hızıyla 75 mM Gd3+ kullanılması, üst çıkıştan canlı hücrelerin %86,03 ± 2,54'te ve ölü hücrelerin %11,02 ± 5,81 oranında ayrıştırma verimliliğine ulaştı.

Blood can serve as a diagnostic and therapeutic tool by isolating disease- associated cells, or biomarkers, from complex samples. Among these biomarkers, circulating endothelial cells (CECs) are vital for identifying cardiovascular diseases and cancer. Their precise separation is challenging, leading to the development of a label-free microfluidic system. This system leverages Magnetic Levitation principles to separate CECs from white blood cells (WBCs) using magnetic, gravitational, and drag forces. The microfluidic chip has one inlet and two outlets: the top outlet collects low-density Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) as a mimic of CECs, while the bottom outlet collects high-density U937 cells as a mimic of WBCs using a withdrawal method. To optimize sorting efficiency, various concentrations of gadolinium (Gd3+) and different flow rates and ratios were tested. Adjusting flow rate ratios between the outlets created a virtual separator, enhancing sorting efficiency. Using 30 mM Gd3+ at a withdrawal rate of 0.2 mL/h achieved an 86.67 ± 10.4% sorting efficiency for HUVECs and 20.83 ± 7.93% for U937 cells. Additionally, using the same microfluidic chip, live/dead MDA- MB-231 cancer cell separation was performed. The purpose of live/dead sorting was to obtain live cells for use in tissue engineering applications, specifically spheroid formation, as higher numbers of live cells increase spheroid formation efficiency. Using 75 mM Gd3+ with a total flow rate of 0.25 mL/h achieved a sorting efficiency of live cells at 77.87 ± 9.82% and dead cells at 11.02 ± 5.81% from the top outlet.