Accurate quantification of bacteria concentration as a nutrient for C. elegans worm culture on chip.

C. elegans worm is emerging as an extremely promising animal model for biomedical research. In fact, although the C. elegans is a simple model, it is complex enough to address important biological questions. Interestingly, compared to the traditional manual and time consuming culture methods, microfluidics gives tremendous advantages in terms of automation and reproducibility during worm culture experiments. However, a microfluidic feeding protocol adapted to the growth of the worm, crucial for a physiological end reproducible worm development, has not been established yet. In fact, the C. elegans development and its life span are strongly dependent on the amount of E. coli bacteria in the microfluidic chamber where the worm grows and lives. We developed an opto-electronic platform that enables the accurate on-chip measurement of bacterial concentrations inside the culture chamber. The system allows a continuous and non-invasive measure of the optical density of the E. coli solution, as determined from the absorption of the light by the bacteria, which changes with their concentration. At the same time, we designed a microfluidic platform that allows the culture of a C. elegans population from the early developmental stages to adulthood, while the optical measurement takes place. The entire system enables the determination of an accurate feeding protocol for the correct worm growth and provides the base for future worm metabolism studies.

Nell’ambito della ricerca biomedica, il nematode C. elegans sta emergendo sempre più come organismo modello capace di poter rispondere a importanti questioni biologiche. La coltura in ambiente microfluidico di questo animale, rispetto alle tecniche tradizionali estremamente dispendiose per il lavoro manuale richiesto, ha portato incredibili vantaggi sia in termini di automazione che di riproducibilità degli esperimenti. Tuttavia, stabilire un protocollo microfluidico atto alla corretta nutrizione del nematode è di fondamentale importanza per assicurare un sua adeguata crescita. Infatti, lo sviluppo fisiologico del C. elegans e il suo tempo di vita sono fortemente dipendenti dalla quantità di batteri E. coli presenti nell’ambiente in cui il nematode vive e che rappresentano la fonte di cibo primaria. Durante questo progetto, è stata sviluppata una piattaforma optoelettronica capace di misurare accuratamente la concentrazione batterica all’interno della camera di coltura. Il sistema permette di misurare in maniera non invasiva e continua la densità ottica della soluzione contente i batteri. Ovvero, viene rilevata la quantità di luce assorbita dalla soluzione che dipende strettamente dalla sua concentrazione. Parallelamente, è stata progettata una piattaforma microfluidica, nella quale avviene anche la misura ottica, per la coltura e lo studio di una popolazione di C. elegans. Grazie all'intero sistema sarà possibile determinare un adeguato protocollo di alimentazione per il corretto sviluppo del C. elegans, ponendo le basi per futuri studi di tipo metabolici.