$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Birincil insan hücrelerinde gen düzenleme, hem terapötik geliştirme hem de temel araştırmalar için giderek daha merkezi hale gelmektedir; bunlar arasında bağışıklık mühendisliği, nadir hastalık modellemesi ve fonksiyonel genomik uygulamaları da bulunmaktadır. Elektroporasyon yüksek verimli genom düzenlemesini mümkün kılsa da, geleneksel küvet bazlı sistemler genellikle her koşul için milyonlarca hücreye kadar ihtiyaç duyar; bu da hasta kaynaklı örnekler ve nadir bağışıklık popülasyonları için kullanımlarınısınırlar. Ayrıca, bu sistemler büyük ölçekli tarama için yeterli değildir, çünkü veri verimliliği, otomasyon ve reaktif tüketimi3.
Mikrofluidik elektroporasyon, düşük girdili genom düzenleme için umut vadeden bir yaklaşım olarak ortayaçıkmıştır 4. Ancak, mevcut platformların çoğu, karmaşık sıvı işleme, reaktiv karıştırmada sınırlı esneklik ve nispeten yüksek şart başlı hücre gereksinimleri içeren sürekli akış mimarislerine dayanır. Buna karşılık, dijital mikrofluidikler (DMF), düzlemsel elektrot dizisi üzerinde ayrık nanolitre ölçekli damlaların aktif manipülasyonunu sağlar; böylece reaksiyon bileşimi, zamanlama ve mekansal lokalizasyon üzerinde hassas kontrol sağlanır. Bu tak-çalıştır damlalı format, birincil hücrelerin ve reaktiflerin korunmasının önemli olduğu düşük hacimli, yüksek verimli iş akışları için oldukça uygundur5.
Son çalışmalar, verimli RNP ve mRNA teslimatı için yerel, düşük akımlı elektrik alanları üreten ve termal ve elektrokimyasal gerilimi en aza indiren üç damlacıklı elektroporasyon mimarileri kullanılarak DMF tabanlı hücre içi teslimatın uygulanabilirliğini göstermiştir 6,7,8. Bu temel üzerine inşa edilerek, 48 bağımsız adreslenebilir reaksiyon noktası, tam otomasyon uyumluluğu ve ölçeklenebilir kartuşüretimi 9 (Şekil 1) içeren 'DMF-ection' adlı yeni nesil DMF elektroporasyon platformu geliştirildi. DMF kartuşu, alt PCB plakası ve bir conta ile ayrılmış plastik üst plakadan oluşur ve hizalama patlatmalarıyla tek doğru bir konumda monte edilir (Şekil 1A). 48-plex düzeni, sekiz özdeş aileye ayrılmıştır (Şekil 1A–H), her biri altı bağımsız adreslenebilir elektroporasyon noktası içerir ve her kartuş başına 48'e kadar paralel düzenleme koşullarını destekler (Şekil 1B). Kılavuz RNA kütüphaneleri, kartuş montajından önce akustik bir dağıtıcı kullanılarak substrat yüzeyine yerleştirilir. Depolama pozisyon doğruluğu, tüm 48 noktada doğrulandı; bırakma pozisyonları elektrodun orta noktasından milimetre altı sapma içinde kümelenmiş (Şekil 1C), böylece güvenilir kartuş üzerinde RNP montajı sağlandı. Yüklemeden sonra, hücreler ve sıvı elektrot damlacıkları kartuş üzerinde aktiflenerek üç-damlacık elektroporasyon geometrisi oluşturulur (Şekil 1D). Elektroporasyondan sonra, hücreler geri kazanım ve sonraki akış analizi için kültür plakalarına boşaltılır; akış sitometrisi, dizileme ve mikroskopi dahil olmak üzere (Şekil 1E). Bu sistem, standart küvet tabanlı yöntemlere göre 100 kat daha az hücre kullanarak yüksek verimli genom düzenlemesini mümkün kılarak düşük girdili ve yüksek verimli uygulamalarda genom mühendisliğine erişimi önemli ölçüde genişletir.
Bu çalışma, platformun performansını mRNA ve CRISPR–Cas9 ribonükleoprotein (RNP) kompleksleri dahil olmak üzere birden fazla biyomoleküler yük taşıyarak değerlendirerek verimli transfeksiyon ve gen bozulması sağlamaktadır. Birincil T hücrelerine ek olarak, DMF-eksiyon nüklein asitlerin karmaşık çok hücreli yapılara taşınması için genelleştirilebilir bir çerçeve sağlar. Üç boyutlu (3D) sferoidler ve organoid tipi modeller, mimari ve kırılganlıkları nedeniyle reaktifin nüfuzuna önemli engeller oluştururken, geleneksel elektroporasyon yaklaşımları genellikle morfolojiyi bozur veya heterojen teslimat üretir. T-hücre düzenlemesinde kullanılan aynı küçültülmüş elektroporasyon prensiplerinin yapılandırılmış dokulara da uygulanıp uygulanmadığını değerlendirmek için, DMF iş akışı 3D HEK293T sferoidlere uygulandı. Bu deneyler, DMF tabanlı elektroıslatmanın sağlam sferoidleri tri-damla geometrileri içinde nazikçe konumlandırabileceğini ve yapı ile büyümeyi koruyarak uniform mRNA iletimini destekleyebildiğini göstermiştir. Bu sonuçlar burada açıklanan birincil T-hücre protokolünün dışında olsa da, programlanabilir DMF elektroporasyonunun ilaç keşfi ve hastalık modellemesiyle ilgili yeni ortaya çıkan 3D hücresel sistemler için daha geniş uygulanabilirliğini göstermektedir.