2D細胞圧縮メカノポレーション装置を用いた高通量細胞内伝達とディープラーニングモデルによる分析

科学分野:

• バイオテクノロジー
• マイクロ流体
• 細胞生物学

背景:

• 細胞圧縮メカニカポレーションは細胞内伝達が可能ですが,1Dの収縮によりスループットが制限されます.
• 単細胞配送アプリケーションの進歩には,高スループットメソッドの開発が不可欠です.

研究 の 目的:

• 2Dマイクロ流体装置の設計と製造を並行して,高通量セル圧縮メカノポレーションを行う.
• 新しい装置を用いて様々な分子の効率的な細胞内伝達を実証する.

主な方法:

• PDMS構造内の薄いSU-8膜に垂直透孔 (8-15μm直径) の配列を備えた2Dマイクロ流体装置の製造.
• 微流体収縮による急速な細胞切断による細胞内伝達により,拡散ベースの分子の吸収が可能になります.
• インスタンスセグメンテーションとルールベースの画像処理を組み合わせた画像サイトメトリを用いた配信効率の分析

主要な成果:

• ヘラとジュルカットの細胞に高通量 (4~40 kDa) のデクストランを,最大300万個の細胞/分で送達した.
• 小型の干渉性リボヌクレイン酸 (siRNA) とプラズミッドをヒトの原発性メゼンキマ幹細胞 (hMSC) とヒトの歯周線維芽細胞 (hGF) に成功させた.
• 自動化されたディープラーニングベースの分析システムは,メカニカポレーションベースの細胞内伝達の単細胞解像度定量化を可能にしました.

結論:

• 2D細胞圧縮マイクロ流体装置は,1D方法と比較して細胞内輸送のスループットを大幅に増加させる.
• このプラットフォームは,原細胞を含む様々な細胞タイプに分子と遺伝物質を供給するための広範な適用性を示しています.
• 統合された自動分析システムは,単細胞解像度の正確な定量化を行い,治療用途のためのデバイスの可能性を検証します.