MADRID, 10 Sep. (EUROPA PRESS) -
Ingenieros mecánicos de la Universidad de Duke han demostrado un conjunto de prototipos para manipular partÃculas y células en placas de muestras de laboratorio, o placas de Petri, usando ondas sonoras.
Los dispositivos, conocidos en la comunidad cientÃfica como "pinzas acústicas", son la primera incursión en la fabricación de este tipo de herramientas, que hasta ahora han sido relegadas a laboratorios con equipos y experiencia especÃficos, disponibles para su uso en una amplia gama de entornos.
El artÃculo que describe la tecnologÃa aparece en lÃnea el 9 de septiembre en la revista Science Advances.
Las pinzas acústicas son un conjunto de herramientas potente y versátil que utilizan ondas sonoras para manipular biopartÃculas que van desde vesÃculas extracelulares de tamaño nanométrico hasta organismos multicelulares de tamaño milimétrico. Durante las últimas décadas, las capacidades de las pinzas acústicas se han expandido desde la captura de partÃculas simplista hasta la rotación y traslación precisas de células y organismos en tres dimensiones.
"Los avances recientes han dado lugar a muchas herramientas avanzadas y versátiles", dijo Tony Jun Huang, profesor distinguido William Bevan de ingenierÃa mecánica y ciencia de materiales, que ha estado trabajando en el campo durante más de una década. "Sin embargo, al final del dÃa, el éxito de este campo depende de si los usuarios finales como biólogos, quÃmicos o médicos están dispuestos a adoptar esta tecnologÃa o no. Este documento demuestra un paso hacia un flujo de trabajo mucho más amigable para hacerlo más fácil para que los usuarios finales adopten esta tecnologÃa".
En su primera aplicación, las pinzas acústicas utilizaron ondas de sonido generadas desde lados opuestos de un chip o cámara de microfluidos para crear nodos donde las células o micropartÃculas quedan atrapadas. Mover los frentes de onda de las ondas sonoras a través de las superficies opuestas de la cámara controlaba la posición de una partÃcula en dos dimensiones, mientras que ajustar las amplitudes de las ondas sonoras podrÃa empujarlas o jalarlas en la tercera.
Desde entonces, se han demostrado configuraciones más avanzadas, donde las ondas de sonido reverberan a través de una cámara fluÃdica. Por ejemplo, dependiendo de la aplicación, se pueden crear y cambiar patrones para separar y manipular múltiples partÃculas a la vez, o se pueden formar remolinos para concentrar un grupo de partÃculas.
Pero por muy avanzadas que sean sus habilidades, las pinzas acústicas han quedado relegadas a demostraciones de prototipos y laboratorios con equipamiento especializado; muy pocos biólogos han adoptado esta tecnologÃa todavÃa.
"Nuestro objetivo es cerrar la brecha entre las innovaciones acústicas y el banco de pruebas biológico / clÃnico", dijo Huang.
En el artÃculo, Huang y sus colegas demuestran tres configuraciones prototipo que utilizan transductores para crear ondas de sonido que manipulan partÃculas en la placa de cultivo celular más común que se encuentra en los laboratorios biomédicos: la placa de Petri.
En el primer diseño, un conjunto de cuatro transductores, uno a cada lado de la placa de Petri, crean ondas de sonido que interactúan entre sà para crear un patrón de pie dentro de la muestra lÃquida de la placa. La configuración podrÃa usarse para patrones celulares de configuraciones múltiples, estudios de interacción célula-célula y la construcción de tejidos 3-D.
El segundo diseño utiliza un transductor inclinado que envÃa una onda de sonido en ángulo desde debajo de la placa de Petri para crear un remolino que concentra el contenido de la placa en el centro. Esta capacidad permitirÃa a los investigadores concentrar biopartÃculas para mejorar la señal y la construcción de esferoides de células grandes.
En la configuración final, los transductores interdigitales holográficos (dos transductores acoplados como una cremallera) crean ondas similares a un haz de alta frecuencia desde debajo de la placa de Petri para controlar las partÃculas en ubicaciones especÃficas. Al cambiar entre diferentes diseños, la configuración puede estimular las células, asà como concentrar y atrapar biopartÃculas.
En conjunto, las configuraciones demuestran unas pinzas acústicas fáciles de usar que pueden manipular suavemente una amplia variedad de células y partÃculas sin tocarlas ni etiquetarlas. Las aplicaciones potenciales incluyen la creación de patrones e impresión de células, la separación y clasificación de células, el control de interacciones célula-célula, la construcción de tejidos y la rotación de organismos multicelulares.
"El propósito de este estudio fue duplicar algunas de las funciones anteriores de nuestras pinzas acústicas en placas de Petri", dijo Huang, quien también cofundó una empresa para perseguir la comercialización de la tecnologÃa. "Nuestro próximo objetivo es construir un único prototipo que se dé cuenta de todas las capacidades de estas tres configuraciones, si no más".
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