A onda sonora permite a sensação de ouvir, e é uma forma importante de comunicação no mundo animal. Na física, o som é considerado uma vibração mecânica que pode se propagar em gases, líquidos e sólidos. Uma equipe de pesquisa da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD), liderado pelo Professor Assistente Dr. Ye Ai, está estudando as interações entre ultrassom (além do limite audível da audição humana) e objetos de tamanho mícron (por exemplo, células biológicas) suspensos em soluções aquosas. A equipe de pesquisa do Dr. Ai desenvolveu recentemente uma tecnologia de classificação de nível de célula única altamente precisa usando um feixe de onda de som altamente focado (50 µm de largura, aproximadamente ¼ do diâmetro de um único fio de cabelo humano). Esta nova tecnologia de manipulação de células permite o isolamento altamente preciso de populações de células raras em amostras biológicas complexas. Mais concisamente, ele fornece o potencial de encontrar uma única célula em um milhão.

Análise de célula única, por exemplo, a capacidade de examinar mutações de DNA em nível de célula única, é essencial para avaliar a heterogeneidade genética dos cânceres entre diferentes pacientes, e, portanto, possui grande potencial de avanço em direção à medicina de precisão para o tratamento do câncer. A chave para implementar a análise de célula única é a capacidade de isolar células individuais de amostras biológicas altamente heterogêneas. De acordo com uma recente análise de mercado realizada por Markets and Markets Research Pte Ltd, o tamanho do mercado global de classificação de células é de US $ 3,57 bilhões em 2016 e deve atingir US $ 7,89 bilhões até 2021, com uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 17,2%. Espera-se que a Ásia seja o mercado de crescimento mais rápido nos próximos cinco anos devido ao aumento dos investimentos governamentais em biotecnologia e no setor de saúde.

Atualmente, a classificação e o isolamento de populações de células raras são normalmente realizados usando o sistema de classificação de células ativadas por fluorescência (FACS), uma tecnologia desenvolvida há quase 60 anos. Contudo, os sistemas FACS atuais são complexos, volumoso, e caro, exigindo pessoal altamente treinado para a operação, e pode produzir aerossóis bio-perigosos em ambientes abertos. A tecnologia de microfluídica capaz de manipulação precisa de células tem grande potencial para reinventar a tecnologia de classificação de células de próxima geração.

Nesta pesquisa, A equipe do Dr. Ai projetou e construiu um sistema de classificação acústica que incluiu um canal microfluídico descartável, um gerador de onda sonora reutilizável e um módulo de detecção de fluorescência. As células alvo com marcadores fluorescentes específicos para seus biomarcadores de superfície podem ser reconhecidas pelo módulo de detecção de fluorescência. Após a detecção de uma única célula alvo, o sistema ativa o gerador de onda sonora para produzir um feixe de onda sonora pulsado altamente focado que pode desviar rapidamente a célula-alvo para a saída de coleta. O feixe de onda sonora com largura de 50 μm é altamente localizado, permitindo uma classificação precisa no nível de uma única célula.

Investigador principal, O Dr. Ai disse:"Em comparação com os sistemas FACS convencionais, os méritos desta tecnologia de classificação de células incluem um mecanismo de classificação substancialmente simplificado que reduz o tamanho do instrumento, reduz sua complexidade e diminui substancialmente os custos. Não apenas isso, mas também permite uma classificação mais precisa de nível de célula única e não deixa nenhum dano nas células-alvo porque as ondas sonoras são muito mais suaves do que os campos elétricos amplamente usados ​​em sistemas FACS convencionais. "

Esta nova tecnologia de classificação de células foi publicada em Lab on a Chip , um jornal de primeira linha focado na pesquisa em dispositivos e aplicativos inovadores em micro e nanoescala. Dois alunos de pós-graduação do SUTD (Zhichao Ma e Yinning Zhou) e um pesquisador de pós-doutorado (David Collins) participaram deste projeto.

A equipe do Dr. Ai desenvolveu e demonstrou um sistema de protótipo de laboratório totalmente funcional, e está atualmente buscando subsídios para comercializar esta tecnologia como uma instrumentação de bancada que tem uma ampla aplicação na pesquisa biológica, diagnóstico clínico e terapêutica baseada em células.