Инновационная технология для репродуктивной медицины
Ученые Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН создают инновационную технологию сортировки частиц биожидкостей, открывающую новые возможности в медицине, включая вспомогательные репродуктивные технологии. В основе разработки лежит метод детерминированного бокового смещения (DLD) – один из самых универсальных и доступных прорывных решений для гидродинамической сепарации микронных и субмикронных объектов.
Значение точного разделения частиц
Точное разделение, выделение и детектирование частиц в суспензиях критически важны для множества задач, от биомедицинских исследований до клинической диагностики. Метод DLD (Deterministic Lateral Displacement) уверенно зарекомендовал себя как перспективная технология благодаря уникальной возможности непрерывно сортировать частицы по размеру, форме, деформируемости и электрическим свойствам с высочайшим разрешением. Его широкий динамический диапазон позволяет эффективно концентрировать и выделять разнообразные биологические частицы.
Широкие перспективы применения DLD
Сегодня метод DLD успешно применяется для ранней диагностики рака (выявление циркулирующих опухолевых клеток), диагностики малярии (разделение клеток крови), сортировки стволовых клеток, ДНК и других биомаркеров. Под руководством Анны Александровны Ягодницыной, старшего научного сотрудника ИТ СО РАН (кандидата физ.-мат. наук), в рамках гранта Российского научного фонда ведутся исследования по созданию управляемых DLD-чипов, повышению их эффективности и адаптации метода специально для нужд репродуктивной медицины.
Прогресс разработки и оптимизация
Александр Владиславович Ковалев, старший научный сотрудник ИТ СО РАН (кандидат физ.-мат. наук), делится успехами: «Наша лаборатория уже реализовала метод DLD в виде чипа с массивом микростолбиков. Используя передовые оптические методы диагностики потоков, мы детально исследуем гидродинамику в этих устройствах, чтобы существенно повысить их производительность и точность сортировки мельчайших объектов».
Элегантный принцип работы чипа
Микрофлюидный DLD-чип функционирует благодаря элегантному принципу: массив столбиков расположен под углом, причем каждый следующий ряд смещен относительно предыдущего. Эта геометрия заставляет частицы разных размеров уверенно двигаться по разным траекториям: более мелкие следуют линиям тока, а крупные – вдоль рядов столбиков, обеспечивая четкое разделение.
Разработка инновационных DLD-микрочипов
«Текущая конфигурация чипа обеспечивает впечатляющий диапазон разделения частиц, позволяя, к примеру, эффективно разделять опухолевые клетки и эритроциты. Технология DLD обладает рядом убедительных плюсов: исключительная простота конструкции, высокая производительность и отсутствие необходимости во внешнем электрическом или механическом управлении потоком. Существующие DLD-чипы обладают большим потенциалом для роста: сегодня их производительность по сортировке объектов определенного размера жестко задана геометрией устройства. Если появляется потребность в работе с частицами другого диаметра, возникает необходимость в новом чипе с измененной конструкцией. За первый год проекта мы успешно разработали революционный прототип настраиваемого DLD-устройства, предоставляющего уникальную возможность гибко адаптировать рабочий диапазон размеров для сепарации частиц», — с энтузиазмом отметил Максим Владимирович Шестаков, к.ф.-м.н., ст.н.с. лаборатории физических основ энергетических технологий ИТ СО РАН.
Инновации для репродуктивной медицины
Потенциал разработки новосибирских исследователей выходит далеко за пределы онкодиагностики, открывая перспективы для вспомогательной репродуктивной медицины. Движение сперматозоидов в организме естественным образом направляется комплексом факторов: реотаксисом (движением против тока жидкости), термотаксисом (ориентацией по градиенту температуры) и хемотаксисом (следованием по градиенту концентрации веществ). Наши ученые из ИТ СО РАН активно решают задачу по воссозданию максимально естественных условий внутри микрочипа. Для этого они оснащают массив микростолбиков специфическими химическими составами и подбирают оптимальный температурный режим, что сулит значительный прорыв в повышении эффективности методов искусственного оплодотворения.
Преимущества для искусственного оплодотворения
«Предлагаемый подход к отбору сперматозоидов обладает огромным потенциалом, способным стать важнейшим инструментом в репродуктологии и продемонстрировать неоспоримые преимущества перед текущими технологиями, — подчеркивает руководитель проекта А.А. Ягодницына. — Для нас ключевым фактором успеха является тесное взаимодействие с медицинскими специалистами. Планируется создание микрофлюидного чипа, искусно имитирующего характеристики природной среды репродуктивного тракта. Совместно с врачами-репродуктологами мы проведем сравнительный анализ нашей технологии с существующими стандартами. Высокая точность селекции сперматозоидов в нашей системе поможет радикально снизить влияние человеческого фактора на результат и полностью исключит риски повреждения клеток из-за механических воздействий, характерных для традиционных методов».
Представление результатов и поддержка
Об этих многообещающих результатах было рассказано в рамках доклада на XII Российском форуме биотехнологий OpenBio-2025.
Работа выполняется благодаря гранту РНФ № 24-79-10291 «Разработка управляемых микрофлюидных систем сортировки для фармацевтических и вспомогательных репродуктивных технологий».
Материал создан при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках масштабной программы Десятилетия науки и технологий.
Кирилл Сергеевич
Передовые исследования российских учёных принесут новые решения в репродуктивную медицину! Специалисты из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Новосибирского государственного университета создают инновационную микрофлюидную систему. Это прорывное устройство позволит бережно выделять сперматозоиды без применения центрифуги и полностью исключит риск повреждения клеток.
Будущее лечения — уже сегодня
Система представляет собой набор прозрачных полимерных элементов с тончайшими микроканалами и камерами. Через эти каналы подаётся биоматериал и специальные жидкости для управления клетками с ювелирной точностью. Мягкий поток гарантирует целостность даже самых чувствительных сперматозоидов — это открывает новые перспективы для пар, сталкивающихся с проблемами зачатия! Работа ведётся при поддержке гранта Российского научного фонда, что подтверждает её значимость.
На пути к практическому применению
Сейчас научная команда с энтузиазмом совершенствует разработку: подбираются оптимальные параметры потока, давления и концентрации биоматериала. Ведутся активные работы по оформлению патентной защиты и поиску отечественных производителей компонентов. Совсем скоро эта технология займёт достойное место в клиниках репродуктологии, даря радость материнства и отцовства тысячам семей!
Источник: scientificrussia.ru
