Microfluídica para estudiar modelos biológicos multicelulares

Abstract

Los coanoflagelados son microorganismos de gran interés en biología evolutiva, considerados los ancestros más cercanos al reino animal. En particular, en su forma unicelular desarrollan fenotipos con diferentes características en cuanto a la forma de nado, con la capacidad de producir gametas sexuadas bajo ciertas condiciones nutricionales. En la actualidad, se desconoce si existe alguna conexión entre el tipo de fenotipo y el tipo de gameta. En búsqueda de dar herramientas, basándose en el trabajo teórico de Sparacino et al., J. Phys. D: Appl. Phys. (2020), se propuso y se exploraron nuevos diseños de dispositivos microfluídicos, atendiendo a las restricciones de la microfabricación y las observaciones por microscopía. A través de un modelo fenomenológico, adaptado a la dinámica de coanoflagelados unicelulares en un microdispositivo asimétrico, se logró separar y reconcentrar a las células rápidas con un factor de eficiencia entre 3 y 8. Esto se alcanzó dentro de una ventana temporal que minimiza la variación biológica de las muestras, siendo independiente de la geometría. A su vez, originalmente se analizaron los datos experimentales para cuantificar el tiempo medio de anclaje a las paredes del microdispositivo la cual ofrece líneas a seguir en lo que se refiere al modelado del nado a los largo de las paredes del microdispositivo separador, o microdispositivo ratchet, siendo de gran importancia en el campo de la microfluídica. Por último, se reportan las primeras evidencias experimentales de la realización de estas propuestas teóricas y se contrastan mostrando el alcance de un buen modelado.

Choanoflagellates are microorganisms of great interest in evolutionary biology, considered to be the closest living relatives of animals. In their unicellular form, they developed phenotypes with different swimming strategies and the ability to produce sexual gametes. Based on the work of Sparacino et al. J. Phys. D: Appl. Phys. (2020), new designs of microfluidic devices were proposed and explored, considering microfabrication restrictions and microscopy observation. To describe the evolution of choanoflagellates in a microdevice, a phenomenological model was used, achieving separate and reconcentrate the fast cells with an efficiency factor between 3 and 8. It was observed in a temporal window independent of the geometry, minimizing the biological variation of the samples. Genuinely, experimental data were analyzed to quantify the pinning average time in the microdevice wall. This offers a research line to follow in the swimmers dynamics under confinement, which could be of highly importance in the microfluidic field. Finally, the first experimental evidence of the implementation of these theoretical proposals is reported, and they are compared, demonstrating the scope of good modeling