Un nou citometru măsoară rigiditatea celulelor pentru a îmbunătăți diagnosticarea bolilor
Cercetătorii de la Universitatea Brown, împreună cu colaboratorii lor, au dezvoltat o nouă metodă de măsurare a proprietăților celulelor, o inovație considerată importantă deoarece măsurătorile precise ale schimbărilor în elasticitatea celulară pot fi utilizate pentru a înțelege mai bine bolile, a diagnostica simptomele pacienților și a oferi prognoze mai precise.
De exemplu, celulele canceroase din tumori devin de obicei mai moi pe măsură ce devin mai periculoase și mai susceptibile de a se răspândi, în timp ce bolile de sânge precum malaria și anemia falciformă pot determina rigidizarea celulelor roșii. Schimbările mecanice la nivel celular sunt, de asemenea, observate în bolile neurodegenerative, cardiovasculare și în afecțiunile inflamatorii cronice.
Așa cum este detaliat într-un studiu publicat în revista „Lab on a Chip”, cercetătorii au dezvoltat un „citometru de mecanofenotipare”, un dispozitiv microfluidic destinat măsurării dimensiunii fizice a celulelor și a flexibilității acestora, cunoscută sub numele de fenotip mecanic.
Mecanofenotiparea este un instrument subutilizat, a declarat autorul principal al studiului, Graylen Chickering. Aceasta se datorează în principal faptului că tehnologiile de măsurare au rămas în urmă în comparație cu alte metode de analizare a proprietăților celulare.
Standardul de aur pentru măsurarea flexibilității sau rigidității unei celule este microscopia cu forță atomică, a explicat Chickering, care necesită ca celulele să fie lipite pe o suprafață și testate una câte una cu un indenter microscopic.
Această metodă funcționează practic prin „împungerea” unei celule. Imaginați-vă că priviți o minge de apă; dacă o împungeți pe marginea mingii versus pe centru, s-ar putea să simțiți o diferență. Împungerea celulelor este, de asemenea, destul de lentă, ceea ce îngreunează studiul unui număr mare de celule într-un timp rezonabil.
În dezvoltarea noii tehnici, cercetătorii s-au concentrat în schimb pe o măsurătoare denumită timp de zbor, care reprezintă timpul necesar unei celule pentru a călători prin canale mici umplute cu lichid.
„Celula călătorește practic de la un punct de control la altul, iar noi luăm timpi de marcaj de la fiecare punct de control pentru a determina timpul de zbor”, a spus Chickering.
Cercetătorii au utilizat semnalele de fluorescență existente din citometru pentru a determina dimensiunea celulelor și apoi au folosit timpul de zbor pentru a determina rigiditatea acestora. Celulele mai moi se deplasează spre centrul canalului, unde fluidul se mișcă mai repede, în timp ce celulele mai rigide rămân de-a lungul marginilor, unde fluidul curge mai lent.
Chickering a menționat că, spre deosebire de microscopia cu forță atomică, care permite cercetătorilor experimentați să măsoare o celulă la fiecare 30 de secunde, noua abordare permite observarea a 60 până la 100 de celule pe secundă, cu rate care pot ajunge la sute sau chiar mii de celule pe secundă.
„Dovada conceptului a fost atunci când Graylen a produs date care arătau că particulele celulare de diferite rigidități și dimensiuni aveau timpi de zbor corelați diferiți, ceea ce se aliniază teoretic cu ceea ce ne așteptam”, a spus Darling. „Metoda a fost atât de clară și reproductibilă în comparație cu metodele anterioare, care pot conduce la măsurători diferite în funcție de modul în care sunt utilizate.”
Rezultatele sunt rezultatul unei colaborări de mai mulți ani între cercetătorii de la Institutul pentru Biologie, Inginerie și Medicină de la Brown și o echipă de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) din Maryland. Brown a contribuit cu particule sintetice asemănătoare celulelor, ideale pentru experimentare, iar cercetătorii de la NIST au creat designul de bază al dispozitivului citometru.
„Am adus în colaborare „mimics” celulare din polimeri, care au servit drept particule de calibrare de dimensiuni și rigidități specifice, mapând modul în care aceste proprietăți influențează diferitele metrici înregistrate de dispozitiv”, a spus Darling. „Citometrul NIST are caracteristica unică a mai multor regiuni de măsurare, oferind cuantificarea erorilor pentru fiecare particulă care trece prin el. Asta ne-a permis să arătăm cât de multă variabilitate – atât biologică, cât și tehnică – exista în măsurătorile noastre.”
Lucrările viitoare vor folosi citometrul de mecanofenotipare pentru a studia proprietățile mecanice ale celulelor din mostrele de sânge și țesut uman oferite de partenerii clinici ai Brown.
„Ne așteptăm să vedem diferențe între persoanele sănătoase și cele cu anumite tipuri de boli, cum ar fi cancerul”, a spus Darling. „Speranța noastră finală este ca un dispozitiv de acest tip să poată ajuta la diagnosticare sau prognoză alături de metodele existente.”
