ImecとSarcura、人の白血球細胞のスケーラブルオンチップ検出

June, 3, 2024, Leuven--ナノエレクトロニクスとデジタル技術で世界をリードする研究・イノベーションハブImecと、オーストリアの初期技術スタートアップSarcura GmbHは、集積フォトニクスを用いた概念実証オンチップフローサイトメータを発表した。
Nature Publishing Group傘下のScientific Reports誌に掲載されたこのイノベーションは、ヒト白血球の検出と識別のための独自のプラットフォームを提供し、費用対効果が高く、スケーラブルで、高度に並列化された細胞解析に向けた大きな一歩を示している。

ヒト細胞の正確な同定は、現代医学における重要な操作であり、疾患のメカニズムを理解し、標的を絞った個別化された治療を進めるために極めて重要である。細胞製造の出現により、生きた細胞は、特にガンのCAR-T免疫細胞療法などの画期的な治療法で、治療法として機能するように操作可能になった。複雑な細胞産物中のこれらの治療用細胞をハイスループットで同定する能力は非常に重要であり、多くの場合、時間的制約がある。

現在選択されている方法はフローサイトメトリで、レーザを通過する個々の細胞の物理的および化学的特性に基づいて細胞集団の特性評価を行うことができる。しかし、現在の実装には、かさばる機器、複雑で手作業のワークフロー(汚染リスクをもたらす)、および高い運用コストが含まれている。これらの課題は、分散型環境での細胞治療の普及と採用を妨げている。

これらの制限に対処するために、imecはCMOS技術、フォトニクス、流路系の専門知識を活用して、フローサイトメトリの自動化、小型化、並列化を行っている。Scientific Reports誌に掲載された研究で、imecはSarcuraと共同で、集積フォトニクスを用いたオンチップフローサイトメータを発表した。imecの200mm CMOSパイロットラインで製造されたこのオプト流体チップは、導波路オプティクスによる細胞照明と散乱光の捕捉の両方を容易にする先駆的な材料スタックと、マイクロ流体チャネルを使用した検出ポイントへの正確な細胞送達を特徴としている。

「シリコンフォトニクスは、この新しいフォトニックチップで実証されたように、劇的に小型化されたフットプリントで、シングルセル検出機能と大規模な並列化を融合させる革新的で不可欠な構成要素である。このブレークスルーは、細胞治療製造などのアプリケーションにおいて、これまで解決されていなかった課題に対処するための新しい可能性を開く」と、SarcuraのCEO/共同創設者Daniela Buchmayrはコメントしている。

imecの科学ディレクタNiels Verellenは、「モノリシック集積されたバイオフォトニックチップを使用して、患者の血液サンプルからリンパ球と単球を識別できる光散乱信号を収集できることを初めて実証した。これは、市販のサイトメータの性能に匹敵するものである。主な利点は、複数の流路を高密度に並列化してシステムのスループットを向上させる可能性があることでである」と話している。次の段階では、コンパクトでアライメントのない設計により、限られた時間内に数十億個の細胞を同定できるようになるはずである。

重要なのは、このチップアーキテクチャが、imecが以前に開発したバブルジェットセルソーティングモジュールとシームレスに統合され、ウエファスケールの製造と互換性があることである。さらに、フォトニックコンポーネントとレイアウトは、特定のアプリケーションに合わせて調整できる。したがって、この概念実証は、費用対効果が高く、スケーラブルで、高度に並列化された細胞選別プラットフォームへの大きな飛躍を示している。