جهاز الموائع الدقيقة ثنائي الطبقة لإنتاج المكونات التوافقية
ديسمبر 1, 2023
يتم تقديم تصنيع جهاز ثنائي الطبقة قائم على polydimethylsiloxane (PDMS) لإنتاج المكتبات التوافقية في مستحلبات الماء في الزيت (المقابس). يتم تفصيل الأجهزة والبرامج اللازمة لأتمتة إنتاج المكونات في البروتوكول ، كما يتم عرض إنتاج مكتبة كمية من المقابس الفلورية.
نحن في مجموعة بيولوجيا الأنظمة للأورام نستخدم نهجا حسابيا وتجريبيا مشتركا لكشف الآلية المعقدة التي تشكل البيئة المكروية للورم. نحن نستخدم نماذج رياضية تستند إلى البيانات السريرية وبيولوجيا السرطان لتحديد العوامل التي تؤثر على الاستجابة الفردية للعلاج بهدف نهائي هو تحسين علم الأورام الدقيق. نظرا للطبيعة غير المتجانسة والديناميكية لاستجابة الورم للعلاج ، فقد أظهرت بيولوجيا الاضطراب القدرة على التغلب على محدودية المؤشرات الحيوية الجينومية.
يتضمن نهجنا إخضاع الخلايا السرطانية المستقبلة لفحص دوائي شامل مضاد للسرطان لتحديد خصائص النمط الظاهري للأورام من أجل تحديد علاجات أكثر فعالية مضادة للسرطان. Microfluidics هي تقنية قيمة تساعد في تحليل كمية صغيرة من العينات مثل خزعة الورم عن طريق توزيعها في مقصورات فردية مثل القطرات أو المقابس. كما يسمح بالتحكم في تكوين كل قابس ، وبالتالي إنشاء مجموعات متعددة من المقابس المتميزة كيميائيا.
نقدم هنا جهازا قائما بالكامل على PDMS حيث يتم تنظيم تدفق السوائل بواسطة صمامات الزلازل التي تعمل بالضغط ، والتي تسمح بالإنتاج السريع والمتحكم فيه والقابل للبرمجة لمجموعات سدادة متميزة. علاوة على ذلك ، نظرا لأن صمامات الزلزال تعتمد أيضا على PDMS ، فيمكن دمجها بسلاسة في تصنيع الأجهزة. سيسمح لنا الجمع بين البيانات التي تم الحصول عليها من الفحص التوافقي للخلايا السرطانية في إنتاجية العين مع النماذج الرياضية بدراسة مسارات الإشارات التي تنظم سلوك البيئة المكروية للورم.
سيمهد هذا البحث الطريق لاستراتيجيات جديدة لعلم الأورام الدقيق الذي يوفر الأساس المنطقي لتخصيص العلاج للمرضى الفرديين.
نظرة عامة
تتناول هذه المقالة تصنيع جهاز ثنائي الطبقة يعتمد على مادة PDMS، مصمم لإنتاج مكتبات توليفية في مستحلبات من نوع ماء في زيت. يفصل البروتوكول الأجهزة والبرمجيات اللازمة لأتمتة إنتاج السدادات، ويستعرض إنشاء مكتبة كمية من السدادات الفلورية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- الموائع الدقيقة
- المسح التوليفي
- بيولوجيا السرطان
خلفية علمية
- تتسم البيئة الدقيقة للأورام بالتعقيد والديناميكية.
- تهدف أورام الدقة إلى تخصيص العلاج بناءً على الاستجابات الفردية.
- تسمح الموائع الدقيقة بتحليل العينات الصغيرة من خلال إنشاء مقصورات متميزة.
- تمكن أجهزة PDMS من التحكم في تدفق السوائل لإنتاج سدادات فعالة.
الغرض من الدراسة
- تطوير جهاز لإنتاج مجموعات متميزة من السدادات لأبحاث السرطان.
- الجمع بين البيانات التجريبية والنماذج الرياضية لتحقيق فهم أفضل لسلوك الورم.
- تعزيز استراتيجيات علم الأورام الدقيق.
الطرق المستخدمة
- تصنيع جهاز مائعات دقيقة قائم على مادة PDMS.
- استخدام صمامات Quake التي يتم تشغيلها بالضغط لتنظيم السوائل.
- إنتاج سدادات مؤتمت من خلال التحكم البرمجي.
- توليد مكتبة تجميعية من السدادات الفلورية.
النتائج الرئيسية
- تم بنجاح إنشاء مكتبة كمية من السدادات.
- أظهر الجهاز تنظيماً فعالاً لتدفق السوائل.
- تم توضيح دمج النماذج الرياضية مع البيانات التجريبية.
- تمت مناقشة التطبيقات المحتملة في مجال الأورام الدقيقة.
الاستنتاجات
- يُعد الجهاز القائم على PDMS أداة قيمة لأبحاث السرطان.
- فهو يسهل إنتاج مجموعات من السدادات المتميزة كيميائياً.
- وقد يؤدي هذا النهج إلى تحسين استراتيجيات علاج السرطان.
الأسئلة الشائعة
الأهمية التنفيذية في القطاع الصناعي
يتيح إنتاج السدادات التوليفية عالية الإنتاجية باستخدام أجهزة الموائع الدقيقة ثنائية الطبقة إجراء فحص سريع وقابل للبرمجة لاستجابات الأدوية في العينات المحدودة المشتقة من المرضى. وتُعالج هذه التقنية تحدي توليد حجيرات تفاعل كمية ومتميزة كيميائياً للفحص المظهري وتحليل المسارات في علم الأورام. كما يدعم تكاملها مع النمذجة الحاسوبية الثقة التنبؤية والحد من المخاطر الآلية عند نقاط التحول الحرجة في مرحلة الاكتشاف.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية الحيوية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يتيح إحداث اضطراب منهجي في الخلايا الورمية لاستقصاء الفرضيات العلاجية وتوضيح مسارات التأشير.
- يدعم الحد من المخاطر البيولوجية من خلال توليد بيئات كيميائية متنوعة للتحقق من كفاءة الأهداف الوظيفية.
- يعزز الثقة التنبؤية في اختيار الأهداف من خلال مخرجات الفحص الكمي والمتعدد.
الفحص وتطوير المقايسة
- يجهز أنظمة بيولوجية مصغرة وموثقة لسير عمليات الفحص عالي الإنتاجية اللاحقة.
- يوفر مجموعات من السدادات الموحدة والقابلة للتكرار ذات تركيب وكمية قابلة للبرمجة.
- يتيح تطوير مقايسات مؤتمتة وقابلة للتوسع لتقييم المركبات وتوسيع المكتبات بشكل موثوق.
الأبحاث الترجمية وما قبل السريرية
- يربط المسح التوليفي بأنظمة ذات صلة بالمرض باستخدام خزعات أورام مشتقة من المرضى.
- يحافظ على الاستمرارية الترجمية من مرحلة الاكتشاف وصولاً إلى التحقق قبل السريري من خلال دمج البيانات التجريبية والحسابية.
- يوفر تقليلاً للمخاطر الميكانيكية لاستراتيجيات الأورام الدقيقة عبر رسم خرائط لاستجابات الأدوية المظهرية.
تكامل تدفق العمل والمسار
تتناسب هذه المنصة الموائعية الدقيقة ثنائية الطبقة مع المراحل التي تبدأ من الاكتشاف المبكر مروراً بتحديد المركبات الواعدة وصولاً إلى الأبحاث قبل السريرية، لا سيما في مسارات تطوير الأدوية الموجهة لعلاج الأورام.
- بيولوجيا الاكتشاف: تدعم اختبار الفرضيات وتوضيح المسارات من خلال تمكين تجارب الاضطراب الخاضعة للرقابة في مقصورات نانولترية.
- الفحص: توفر مكتبات "Plug" جاهزة للمقايسة وقابلة للتكرار مع مخرجات كمية للتحليل المقارن.
- التحليلات: توفر قياسات كمية عالية المحتوى للمقارنة الإحصائية لاستجابات الأدوية وأنشطة المسارات.
- الأبحاث الانتقالية: تربط بين مرحلتي الاكتشاف وما قبل السريرية من خلال تمكين الاستخدام المباشر للعينات المشتقة من المرضى في عمليات الفحص التوليفي.
- إعادة الاستخدام في المؤسسات: توفر منصة قابلة للبرمجة والتوسع قابلة للتكيف مع احتياجات الفحص وتطوير المقايسات المتنوعة عبر المجالات العلاجية.
الأثر التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية وتقلل من الغموض الميكانيكي في التحقق من صحة الأهداف والمسارات.
- القيمة التشغيلية: توحد وتؤتمت إنتاج السدادات لضمان قابلية التكرار والتوسع في سير عمل الفحص.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن جودة قرارات المتابعة أو الإيقاف (go/no-go) وكفاءة رأس المال من خلال تمكين توليد بيانات قوية ومتعددة الإرسال.
- تأثير المحفظة: تدعم تحديد الأولويات المعدلة حسب المخاطر والتقدم في المرشحين بناءً على بيانات الفحص المظهرية الكمية.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في تصنيع الأجهزة الموائعية الدقيقة والموائعية المدفوعة بالضغط.
- يستلزم دمج الأجهزة القابلة للبرمجة والبرمجيات والبنية التحتية التحليلية للتشغيل الآلي.
- يتطلب توحيداً قياسياً بين الفرق في ترميز تكوين السدادات وإدارة البيانات.
- قابل للتكيف مع أنظمة نماذج متنوعة، ولكن قد يتطلب تحسيناً لأنواع الخلايا أو الكواشف المختلفة.
- يجب التحقق من حدود الضغط التشغيلي وعتبات تفعيل الصمامات لكل تطبيق.
