Séquençage de l'ADN avec la technologie microfluidique à base de gouttes

La technologie de génération de gouttelettes permet aux chercheurs de mener des études à grande échelle en utilisant une taille d'échantillon minimale, une approche qui pourrait rendre le séquençage de l'ADN plus efficace et économique. En outre, il peut également aider à identifier de minuscules variations intracellulaires associées à un diagnostic de cancer. Cet article discute de l'application de la génération de gouttelettes à l'analyse de l'ADN et montre les paramètres de base nécessaires pour effectuer des expériences avec des microfluides de gouttelettes.

1 Opportunités et défis de l’analyse ADN

Les scientifiques analysent l'ADN pour identifier les mutations cancéreuses, caractériser les anticorps humains et différencier les microbes. L'analyse de l'ADN implique plusieurs techniques, y compris le séquençage du génome à l'aide de réseaux de sondes de séquence connus ou en utilisant une plate - forme de séquençage de nouvelle génération (NGS) [1].

La plate - forme NGS utilise des matrices de puces pour réaliser des analyses parallèles à grande échelle qui peuvent détecter simultanément des centaines de millions de molécules, réduisant ainsi les coûts et améliorant l'efficacité [1].

Cependant, les capacités analytiques des matrices de puces traditionnelles sont limitées et nécessitent des systèmes supplémentaires de traitement des fluides et de mélange de réactifs, augmentant la complexité du processus expérimental et limitant le débit total. Pour réduire les coûts de séquençage par base, il est souvent nécessaire de traiter plusieurs échantillons en parallèle, tandis que le marquage par code à barres, bien qu'il puisse atténuer partiellement ce problème, augmente le temps du processus expérimental [1].

2 Technologie microfluidique à base de gouttes

La technique des gouttelettes microfluidiques consiste à générer des gouttelettes discrètes en utilisant des phases non miscibles, généralement aqueuses et huileuses, et à contrôler avec précision la génération de gouttelettes à grande vitesse grâce à une pompe microfluidique [3]. Ses principaux avantages sont:

• Faibles besoins en volume d'échantillon

• Haut degré d'automatisation

• Haut débit

• Faible coût

· Les dispositifs microfluidiques permettent un contrôle rapide et précis du volume de fluide et améliorent le débit d'analyse de l'ADN. Par exemple, la technologie de microfluidisation des gouttes permet la génération et le tri de milliers de Gouttes par seconde [1].

Chaque goutte est une chambre de réaction indépendante adaptée à des applications telles que le comptage moléculaire par PCR numérique, le criblage cristallin des protéines et l'analyse de l'expression génique. Le nombre de réactions peut être augmenté à mesure que la vitesse de génération de gouttelettes augmente, tandis que la réduction du volume de gouttelettes réduit la consommation de réactifs, ce qui rend l'expérience plus flexible [1].

Dans l'ensemble, cette technologie permet d'effectuer des centaines de millions de réactions avec une consommation minimale de réactifs, ce qui augmente considérablement l'efficacité des expériences et réduit les coûts. Cependant, contrairement à la détection de points fixes basée sur une matrice de puces, les gouttelettes circulent dans des canaux microfluidiques et ne peuvent pas marquer les résultats de la réaction avec des informations de position, ce qui nécessite des méthodes de marquage supplémentaires [1].

3 Séquençage génomique unicellulaire à haut débit

Les techniques de séquençage traditionnelles ont souvent du mal à détecter de minuscules variations dans le génome, de sorte que les scientifiques utilisent le séquençage unicellulaire du génome entier pour identifier les variations du nombre de copies et les variations de nucléotides uniques [2].

Le séquençage unicellulaire évolutif à haut débit est possible grâce à la technologie microfluidique. Par exemple, une étude a utilisé une technique de marquage par code à barres pour analyser l'ADN génomique amplifié de cellules cancéreuses individuelles. Cette méthode est capable de détecter des cellules présentant des mutations pathogènes en rémission du cancer et de révéler un processus complexe d’évolution clonale des tumeurs de leucémie myéloïde aiguë (Lam), une information que les méthodes de séquençage traditionnelles ne peuvent pas capturer [3]. Cette technologie promet donc d’améliorer la précision de l’analyse de l’hétérogénéité génomique du cancer et d’optimiser les stratégies thérapeutiques personnalisées [3].

4 Comment commencer l’expérimentation?

La technologie Microfluidic Drop offre un moyen à haut débit et à faible coût d'analyser l'ADN. Si vous souhaitez mener des expériences pertinentes, voici l’équipement de base nécessaire:

2 - 3 pompes microfluidiques(ou 1 pompe avec 2 - 3 canaux, comme une pompe 4U) – contrôle le flux de la phase continue (phase huileuse) et de la phase dispersée (phase aqueuse). Il est recommandé d'utiliser une pompe à pression 4U ou 2 - 3 pompes à injection microfluidiques exigo, où la pompe à pression 4U peut contrôler indépendamment les 4 canaux pour un contrôle de débit stable et précis.

• 2 à 3Capteur de débit– surveiller le débit des phases huileuse et aqueuse en temps réel pour assurer la stabilité du fluide.

• Puce Microfluidique– générer des gouttelettes et garantir la contrôlabilité de la taille des gouttelettes.

• Modification chimique stable de la surface du canal– améliore la stabilité des gouttelettes.

• Agents tensioactifs- stabilise l'interface huile - eau, améliore la stabilité des gouttelettes.

• Phase huileuse– améliore la stabilité des gouttelettes.

• Lignes– connecter la pompe à la puce microfluidique.

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Références

1. Abate, Adam R et al. « Analyse de séquence d’ADN avec microfluidics à base de gouttelettes. » Laboratoire sur une puce vol. 13,24 (2013): 4864-9. doi:10.1039/c3lc50905b

2. Pellegrino, Maurizio et al. « Séquençage d’ADN monocellulaire à haut débit des tumeurs de leucémie myéloïde aiguë avec la microfluidique des gouttelettes. » Recherche génomique vol. 28,9 (2018): 1345-1352. doi:10.1101/gr.232272.117

3. Sohrabi, S. et Moraveji, M. K. (2020). Microfluidique en gouttelettes : fondamentaux et applications avancées. Avances RSC, 10(46), 27560-27574.