Подобно людям, клетки одного и того же вида имеют особую «личность». Когда они сталкиваются с внешним раздражителем, подобным вирусу, каждый из них выделяет различное количество молекул и взаимодействует друг с другом. Исследования уже показали, что две клетки одного типа могут вести себя одинаково при одинаковой обработке.
В своих поисках, чтобы узнать больше, исследователи из EPFL, работающие в сотрудничестве с университетом RMIT в Австралии и Университетом Лозанны, придумали оплофлюидическое устройство, в котором есть крошечная камера внутри. Камера меньше на одну тысячную от размера капли дождя. Камеру помещают в клетку, и тогда исследователи могут наблюдать ее в реальном времени, не нарушая ее окружения. Количество и тип химических секретов клетки можно контролировать непрерывно. Было показано, что устройство работает 12 часов подряд, но может работать намного дольше, предлагая исследователям мощный и инновационный инструмент выбора. Результаты опубликованы в Small.
Все клетки функционируют сложным образом. Раковые клетки, например, производят различные гормоны и белки, чтобы распространять и проникать в здоровые ткани; иммунные клетки реагируют на инфекцию или злоумышленника путем секреции химических медиаторов, называемых цитокинами, которые стимулируют иммунную систему для борьбы с врагом. Но каков фактический механизм, лежащий в основе поведения каждой клетки?
Многочисленные исследования проводились по изучению того, как функционируют группы клеток, но у нас есть очень мало информации о поведении отдельных клеток. Совместимое с традиционными микроскопами интегрированное и миниатюрное устройство, разработанное исследователями EPFL, предлагает новый способ получить представление о клеточных процессах и коммуникации. Он создает основу для разработки новых методов лечения рака и аутоиммунных заболеваний. «Мы могли бы, например, выбрать наиболее эффективные иммунные клетки для борьбы с данным заболеванием», - говорит Хатис Алтуг, соавтор исследования и руководитель лаборатории Bionanophotonic Systems в инженерной школе EPFL.
Клетки индивидуально размещались, питались и анализировались.
Нанофотонный биосенсор, разработанный исследователями, представляет собой стеклянный слайд, покрытый тонкой золотой пленкой, перфорированной миллиардами нанопор, расположенных в точном порядке. Небольшая камера, стены которой выполнены из пористых мембран, помещается над ползунком. Камера получает устойчивый поток воды и питательных веществ через крошечные микрожидкостные каналы. Температура и влажность тщательно регулируются. Устройство содержит клапаны, которые позволяют ученым вставлять клетку в камеру, в которой лиганды или антитела расположены, чтобы распознавать и захватывать определенные молекулы, секретируемые клеткой.
Широкополосный источник света светится на камере. Благодаря оптическому явлению, называемому плазмонами, нанопоры пропускают только одну частоту света или цвет. Когда клетка выделяет молекулу, она прикрепляется к антителам, тем самым изменяя частоту, передаваемую нанопорами. Так можно идентифицировать минуты определенных молекул.
Исследователи использовали свою новую методику для изучения уровней секреции цитокинов в клетках лимфомы.
«До сих пор методы, используемые для изучения отдельных клеток, всегда требовали флуорофоров, - говорит Алтуг. «Однако эти соединения препятствуют функционированию клеток и делают исследования в режиме реального времени невозможными». Мария Солер, автор соавторов исследования, добавляет: «В нашем устройстве каждый нанопор представляет собой отдельный датчик. Таким образом, клетки могут естественным образом рассеиваться в любой точке камеры, и мы можем анализировать их одинаково».
Существует множество потенциальных приложений. «Наш подход может быть использован для выявления наиболее агрессивных раковых клеток в опухоли и определения того, какое лечение следует назначать пациенту», - заключает Сяокан Ли, автор соавторов исследования.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180528084233.htm