Электрическое поле изолирует отдельные клетки и помогает бороться с раком
Группа исследователей из Университета Брауна разработала передовой способ выделения отдельных клеток из сложных тканей. В исследовании, опубликованном в Scientific Reports, они показывают, что этот подход не только приводит к получению высококачественных неповрежденных отдельных клеток, но и превосходит стандартные методы выделения с точки зрения трудозатрат, стоимости и эффективности.
Чтобы исследователи рака могли анализировать и секвенировать отдельные клетки из сложных тканей, таких как опухоли, эти клетки должны быть сначала отделены от объемных образцов. Кредит: Сел Уэлч
В исследованиях рака все сводится к одной клетке.
За последнее десятилетие исследователи рака сосредоточились на том факте, что отдельная клетка опухоли может быть использована для проведения молекулярного анализа, который дает важные подсказки о том, как развился рак, как он распространяется и как на него можно воздействовать.
Имея это в виду, группа исследователей из Университета Брауна разработала передовой способ выделения отдельных клеток из сложных тканей. В исследовании, опубликованном в Scientific Reports, они показывают, что этот подход не только приводит к получению высококачественных неповрежденных отдельных клеток, но и превосходит стандартные методы выделения с точки зрения трудозатрат, стоимости и эффективности.
По словам Анубхав Трипати, автора исследования и директора отдела биомедицинской инженерии в Брауне, задача состояла в том, чтобы разработать технологию, позволяющую исследователям быстрее и проще выделять клетки из биопсийной раковой ткани , чтобы подготовить ее к анализу.
«С технологической точки зрения сейчас на рынке нет ничего подобного, — сказал Трипати. «Эта технология будет полезна тем, кто ищет ответы с помощью геномики, протеомики, транскриптомики — она не только облегчит эти диагностические и терапевтические исследования, но и сэкономит время и усилия исследователей».
Трипати добавил, что помимо клинических применений технология будет полезна в биомедицинских приложениях, таких как тканевая инженерия и культивирование клеток.
При анализе отдельных клеток используются передовые методы секвенирования для получения генетических профилей отдельных клеток. Это особенно применимо к раковым тканям, где редкие мутации могут вызывать метастазирование и результаты лечения. По словам соавтора Никоса Тапиноса, адъюнкт-профессора нейрохирургии и неврологии в Брауновском университете, основным ограничением клинического применения анализа одиночных клеток является сложность выделения отдельных клеток из сложных тканей.
Тапинос описал типичный рабочий процесс на примере опухоли головного мозга: кусок опухоли удаляли в операционной и доставляли в лабораторию. Там исследователи будут использовать процесс с участием ферментов для извлечения нуклеиновых кислот из объемных образцов тканей, а затем будут выполнять массовое генетическое секвенирование.
Этот процесс приводит к низкому разрешению, потенциально неточным генетическим показаниям и плохому обнаружению редких типов клеток, сказал Тапинос. Последствия потери этой информации могут быть серьезными, отметил он, в том числе возможность ошибочного диагноза пациента, создавая существенную задержку между временем, когда опухоль удаляется у пациента, и временем, когда клетки готовы для секвенирования РНК.
«Существует огромная потребность в технологии, позволяющей удалять ткани у пациента и в течение нескольких минут получать жизнеспособные, здоровые отдельные клетки, из которых можно выделить РНК», — сказал Тапинос. «Это именно то, что делает этот новый процесс».
Преимущества электричества перед ферментами
В новом процессе биопсия ткани помещается в заполненный жидкостью сосуд между двумя электродами с параллельными пластинами. Вместо ферментов применяются колебания электрического поля для создания противоположных сил внутри жидкости. Эти силы заставляют клетки ткани двигаться в одном направлении, а затем в противоположном направлении, что приводит к их чистому разделению или диссоциации друг от друга.
Этот подход был изобретен автором исследования Сел Уэлч, доктором философии Брауна на четвертом курсе кандидат биомедицинской инженерии в лаборатории Трипати.
«Доктор Трипати проделал большую работу в своей лаборатории, используя электрические поля и микрофлюидику», — сказал Уэлч. «После того, как мы увидели, как электрические поля можно использовать в других диагностических приложениях, у нас возникла идея сделать что-то уникальное с электрическим полем, чего никогда раньше не делали. Основываясь на существующих исследованиях манипулирования биологическими частицами, мы сформулировали гипотезу. о том, как это будет работать».
Новый процесс привел к диссоциации ткани биопсии всего за 5 минут — в три раза быстрее, чем ведущие ферментативные и механические методы, описанные Трипати и Уэлчем в предыдущем исследовании.
Этот подход также привел к «хорошей диссоциации тканей на отдельные клетки при сохранении жизнеспособности клеток, морфологии и прогрессии клеточного цикла, что предполагает его полезность для подготовки образцов тканей для прямого анализа отдельных клеток», — говорится в заключении исследования.
По словам исследователей, новый подход как минимум на 300% эффективнее даже самых оптимизированных методов, использующих одновременную химическую и механическую диссоциацию.
Еще одним преимуществом этого процесса, по словам Уэлча, является компактность созданного ими устройства: «В традиционном рабочем процессе вам необходимо использовать несколько различных лабораторных инструментов, таких как инструмент для центрифугирования, каждый из которых стоит несколько тысяч долларов для подготовки образца одной клетки требуется только одно устройство».
Исследовательская группа подала заявку как на американский, так и на глобальный патент на устройство и связанную с ним методологию при содействии Brown Technology Innovations, офиса передачи технологий университета.
Образцы, использованные в исследовании, представляли собой ткани бычьей печени, трижды негативные клетки рака молочной железы и ткани клинической глиобластомы человека. В настоящее время исследовательская группа совершенствует технологию и разрабатывает устройство, которое сможет быстро и эффективно одновременно обрабатывать несколько различных видов небольших образцов биопсии ткани по очень низкой цене.
По словам Уэлч, новое исследование объяснило научную основу этого процесса. «Сейчас мы работаем над новым устройством, которое специально ориентировано на создание высокооптимизированной системы для использования этого физического явления».
«Исследователь сможет просто нажать кнопку и через несколько минут получить отдельные клетки, необходимые для анализа», — сказал Тапинос. «Это действительно потрясающе».
