Sarcura GmbH, een Oostenrijkse start-up op het gebied van technologie in een vroeg stadium, en Imec, een wereldwijd toonaangevend onderzoeks- en innovatiecentrum op het gebied van nano-elektronica en digitale technologieën, presenteren hun proof-of-concept on-chip flowcytometer met behulp van geïntegreerde fotonica. Vandaag verschenen in Scientific Reports, onderdeel van de Nature P publishing Group, biedt deze innovatie een uniek platform voor de opsporing en discriminatie van menselijke leukocyten en markeert een belangrijke stap in de richting van kosteneffectieve, schaalbare, en sterk geparallelliseerde celanalyse.
Afbeelding van de flowcytometer op de chip. Afbeeldingen van imec en Sarcura
Nauwkeurige identificatie van menselijke cellen is een belangrijke operatie in de moderne geneeskunde, cruciaal voor het begrijpen van ziektemechanismen en het bevorderen van gerichte en gepersonaliseerde behandelingen. Met de komst van celproductie kunnen levende cellen nu worden gemanipuleerd om te functioneren als behandelingen, met name in baanbrekende therapieën zoals CAR-T-immuunceltherapie voor kanker. Het vermogen om deze therapeutische cellen te identificeren in complexe celproducten met een hoge doorvoer is cruciaal en vaak tijdgevoelig.
De voorkeursmethode van vandaag is flowcytometrie, waarmee celpopulaties kunnen worden gekarakteriseerd op basis van de fysische en chemische kenmerken van individuele cellen terwijl ze langs een laser stromen. De huidige implementatie gaat echter gepaard met omvangrijke instrumentatie, complexe en handmatige workflows (met contaminatierisico’s) en hoge operationele kosten. Deze uitdagingen belemmeren de wijdverbreide beschikbaarheid en acceptatie van celtherapieën in gedecentraliseerde omgevingen.
Om deze beperkingen aan te pakken, zet imec zijn expertise in CMOS-technologie, fotonica en fluïdica in om flowcytometrie te automatiseren, miniaturiseren en parallelliseren. In een studie gepubliceerd in Scientific Reports onthult imec samen met Sarcura een on-chip flowcytometer met geïntegreerde fotonica. De optofluïdische chip, die wordt gefabriceerd op imecs 200 mm CMOS-pilootlijn, is voorzien van een baanbrekende materiaalstapel die zowel celverlichting als het opvangen van verstrooid licht door middel van golfgeleideroptiek mogelijk maakt, en een nauwkeurige cellevering aan de detectiepunten met behulp van microfluïdische kanalen.
Daniela Buchmayr, mede-oprichter en CEO van Sarcura: “Siliciumfotonica, zoals met succes aangetoond in deze nieuwe fotonische chip, is de revolutionaire en essentiële bouwsteen die single-cell detectiemogelijkheden combineert met massale parallellisatie op een dramatisch geminiaturiseerde voetafdruk. Deze doorbraak opent nieuwe mogelijkheden voor het aanpakken van voorheen onopgeloste uitdagingen in toepassingen zoals de productie van celtherapie”
Niels Verellen, wetenschappelijk directeur bij imec: “We hebben voor het eerst aangetoond dat een monolithisch geïntegreerde biofotonische chip kan worden gebruikt om optische verstrooiingssignalen te verzamelen die het mogelijk maken om onderscheid te makentussen lymfocyten en monocyten uit het bloedmonster van een patiënt, die wedijveren met de prestaties van commerciële cytometers. Het belangrijkste voordeel ligt in het potentieel voor dichte parallellisatie van meerdere stroomkanalen om de doorvoer van het systeem te verhogen.“
In de volgende fase moet het compacte, uitlijningsvrije ontwerp het mogelijk maken om binnen een beperkte tijd miljarden cellen te identificeren. Cruciaal is dat de chiparchitectuur naadloos integreert met de eerder ontwikkelde bubble jet cell-sorteermodule van Imec, die compatibel is met fabricage op waferschaal. Bovendien kunnen de fotonische componenten en lay-out worden aangepast aan specifieke toepassingen. Deze proof-of-concept betekent dan ook een substantiële sprong voorwaarts in de richting van kosteneffectieve, schaalbare en sterk geparallelliseerde celsorteerplatforms.
Link magazine special 2024: The Dutch High-Tech Industry and the European Ecosystem: stronger together. Read this edition digital.
Met meer dan 5500 medewerkers van overal ter wereld, topwetenschappers en experten in verschillende onderzoeksdisciplines, een zeer geavanceerde R&D infrastructuur, en een uitgebreid partnernetwerk van wereldleiders uit de hightech-industrie, farma, ICT, … Vlaamse en internationale bedrijven, start-ups, de academische wereld en kenniscentra, is imec ‘s werelds grootste onafhankelijke onderzoekscentrum in nano-elektronica en digitale technologie. Imecs onderzoek omvat geavanceerde halfgeleidertechnologie en siliciumfotonica, oplossingen voor slimme gezondheidzorg, duurzame energie, duurzame mobiliteit en slimme steden, artificiële intelligentie, 5G-communicatie en sensortechnologieën en nog veel meer.
Imec zet zijn expertise en industrieel netwerk ook in om duurzame maatschappelijke impact in Vlaanderen te creëren. Zo ondersteunt imec zowel kleinere organisaties die over beperkte R&D-middelen beschikken als grotere bedrijven in hun innovatieproces. Imec draagt als strategisch onderzoekscentrum en actieve speler in netwerkorganisaties en sectorfederaties bij aan het innovatienetwerk in Vlaanderen door de publieke sector en private sector in Vlaanderen samen te brengen, de uitwisseling van open data mogelijk te maken, en kennisuitwisseling te stimuleren.
Imec heeft zijn hoofdkantoor in Leuven, onderzoeksgroepen verspreid over de Vlaamse universiteiten, in Nederland, en VS, en vertegenwoordiging in 3 continenten. In 2023 bedroegen de bedrijfsopbrengsten van imec 941 miljoen euro.
