Design and validation of microfluidic devices for the isolation, characterization and three dimensional culture of circulating tumor cells

Resumen

Las células tumorales circulantes (CTC) han surgido como un factor clave en la lucha contra el cáncer. La caracterización de dichas células proporcionará información importante sobre el tumor. El primer enfoque utilizado para clasificar este tipo de células se basó en antígenos, pero las nuevas metodologías que explotan las propiedades intrínsecas de las células como el tamaño, la deformabilidad o el fenotipo eléctrico están ganando interés dentro de este campo de investigación. En este trabajo, se diseñan, fabrican y validan dispositivos inerciales y de dielectroforesis, basados en canales microfluidicos, para proponer un método de 2 etapas que permita clasificar las CTC de muestras de sangre según el tamaño y el fenotipo eléctrico. Aparte de eso, se diseñó, fabricó y validó un microscopio de bajo costo, basado en la fisolofía DIY, para proporcionar una herramienta de imagen capaz de caracterizar las CTC aisladas por el sistema de 2 etapas. Con este fin, se diseñó un dispositivo microfluídico basado en múltiples pozos miniaturizados independientes para generar cultivos en 3D en un ambiente controlado. Circulating tumor cells (CTCs) have emerged as a key factor in cancer diseases, which their characterization will provide important information about the tumor. The first approach used to sort this kind of cells was antigen-based but new methodologies that exploit the intrinsical properties of cells such as size, deformability, or the electrical phenotype are gaining research interest. In this work inertial and dielectrophoresis devices, based on microfluidic designs, are designed, fabricated, and validated to propose a 2-stage method to sort CTCs from blood samples based on size and electrical phenotype. Apart from that, a low-cost mass-producible microscope was designed, fabricated, and validated to provide an imaging tool to characterize the CTCs sorted by the 2-stage system. To this end, a microfluidic device based on multiple independent miniaturized wells was designed to generate 3D cultures in a controlled environment.