Нанотехнология позволяет сортировать отдельные клетки по функциям

В течение почти 40 лет производители лекарств использовали генетически модифицированные клетки в качестве крошечных фабрик по производству лекарств. Такие клетки можно запрограммировать на секрецию соединений, из которых получают лекарства, используемые для лечения рака и аутоиммунных состояний, таких как артрит. Усилия по разработке и производству новых биологических препаратов могут выиграть от новой технологии быстрой сортировки отдельных живых клеток в стандартной лабораторной установке. С помощью микроскопических чашеобразных контейнеров с гидрогелем, называемых «нановиалами», исследовательская группа под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе недавно продемонстрировала способность выбирать клетки в зависимости от того, к какому типу они относятся и какие соединения — и сколько этих соединений — они выделяют. Исследование было опубликовано в журнале ACS Nano.

Эта технология также может способствовать развитию фундаментальных биологических исследований. «С помощью этой технологии научное сообщество может по-новому взглянуть на ключевые биологические процессы, которые представляют собой огромную долю наших генов, кодирующих белок», — сказал Дино Ди Карло, автор исследования и профессор инженерии и медицины Армонда и Елены Хайрапетян. Инженерная школа Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Я думаю об отдельной клетке как о квантовом пределе биологии. Нановиал — это эволюция чашки Петри до этого фундаментального предела в одну клетку». Ди Карло, который также является членом Калифорнийского института наносистем в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и Комплексного онкологического центра Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, сказал, что использование нанопробирок помогает ученым преодолеть ограничения других инструментов для измерения клеточной секреции.

В более распространенном методе используется сетка из крошечных пластиковых контейнеров, называемых микролуночными планшетами, но в этом подходе отсутствует способность нанопробирки сортировать отдельные клетки, а нынешняя технология обычно требует недель для роста достаточного количества клеток, чтобы можно было обнаружить выделения. Другой альтернативой является многомиллионный прибор, который можно найти всего в нескольких десятках лабораторий по всему миру и который измеряет секрецию около 10 000 клеток за эксперимент и может сортировать живые клетки. По сравнению с этим инструментом нанопробирки можно использовать для проведения гораздо более крупных скринингов — миллионов клеток — при небольшой доле относительной стоимости — менее одного цента за ячейку по сравнению с 1 долларом или более за ячейку при использовании текущего стандарта.

Нановиалы настолько крошечные, что для заполнения одной чайной ложки их потребуется 20 миллионов. Они настроены для захвата определенных типов клеток и могут быть дополнены молекулами, которые прикрепляются к клеточным выделениям и светятся под цветным светом. Поскольку нанопробирки сделаны из гидрогеля — полимера, который удерживает почти в 20 раз больше своей массы в воде — они обеспечивают влажную среду, относительно похожую на естественные дома клеток. В ходе исследования исследователи изучили клетки, которые были сконструированы таким образом, чтобы секретировать определенный препарат антител. Используя нанопробирки и обычное аналитическое устройство, называемое проточным цитометром, они отобрали клетки, которые секретировали большую часть этого антитела, а затем вырастили из этих клеток колонии, которые производили на 25% больше препарата, чем колонии, которые не были специально отобраны.

По словам Ди Карло, возможность производить препараты на основе антител с такой повышенной эффективностью может снизить стоимость производства лекарств на аналогичный процент. Ученые также показали, что они могут выбирать редкие секретирующие антитела клетки, которые специфически связываются с молекулой-мишенью, и могут идентифицировать информацию о последовательности ДНК секретируемого антитела. Этот эксперимент, ключевая часть открытия новых препаратов на основе антител, занял один день; традиционные методы заняли бы недели. В настоящее время исследователи используют нанопробирки для изучения иммунных клеток, называемых Т-клетками, которые используются в клеточной терапии, а также для изучения малоизученных биологических явлений. Нанотехнология также является основой для начинающей компании Partillion Bioscience, которая базируется в кампусе Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в инкубаторе Magnify CNSI.

«Мы рады видеть, какое влияние нанопробирки окажут на биологические исследования теперь, когда они доступны для всех», — сказал Джозеф де Рютте, соавтор статьи, который получил докторскую степень в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 2020 году и является соавтором. основатель и президент Partillion. Роберт Диматтео, получивший докторскую степень в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 2021 году, является другим соавтором статьи. Другими соавторами из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе являются Маани Арчанг, Сохён Ли и Кьюнг Ха, которые недавно получили докторские степени; нынешние докторанты Марк ван Зи, Доен Ку, Майкл Меллоди и Шрея Удани; помощник научного сотрудника проекта Эллисон Шарроу; Джеймс Эйхенбаум, недавно получивший степень бакалавра; и профессора Андреа Бертоцци и Робер Дамуазо. Другие авторы из Университета Джона Хопкинса и Хьюстонского университета.

Источник