Разработан неконтактный зонд для анализа отдельных клеток в опухолях
Исследователи из NYU Abu Dhabi (NYUAD) создали специальный неконтактный мультифизический зонд (NMP), который позволяет собирать образцы цитоплазмы из отдельных опухолевых клеток, не нарушая их пространственной конфигурации в исходной ткани. Этот крошечный инструмент также можно использовать для внесения чужеродных материалов в выбранные клетки внутри ткани, чтобы изменить их генетический состав.
Таким образом, NMP облегчит передовые исследования, которые могут улучшить текущее понимание основных строительных блоков таких заболеваний, как рак и болезнь Альцгеймера, и привести к разработке новых методов лечения. Кроме того, это может стать мощным инструментом в области биологии и репрограммирования стволовых клеток.
Эта новая высокоточная технология также может внести вклад в самый амбициозный генетический проект в мире — Атлас клеток человека (Human Cell Atlas), — позволяя проводить последовательные, неинвазивные и мультиплексные генетические манипуляции и субклеточный «биопсийный» забор образцов с помощью одного инструмента.
Возможность анализировать отдельные клетки, сохраняя их исходное пространственное расположение в опухоли, имеет фундаментальное значение для понимания разнообразия и гетерогенности клеток внутри опухоли. Поэтому разработка инструментов для зондирования и анализа отдельных клеток в их естественной физиологической среде крайне важна.
В исследовании, опубликованном в журнале Small, доцент кафедры машиностроения и биомедицинской инженерии NYUAD и главный исследователь Лаборатории передовой микрофлюидики и микроустройств Мохаммад А. Касаимех и его команда представили процесс разработки новой технологии. Команда опиралась на свои предыдущие работы в области 3D-печатных микрофлюидных зондов и недавнюю разработку Микро-электро-флюидного зонда для разделения и паттернинга клеток. Однако этот NMP значительно миниатюризирован для манипуляций с отдельными клетками, его конструкция усовершенствована для субклеточных операций, а устройство интегрировано с электрическими компонентами для стимуляции отдельных клеток.
«Это аналогично забору образцов крови у пациента без физического контакта иглы с кожей — однако в случае NMP "пациентом" является отдельная раковая клетка, а "игла" в пять раз тоньше человеческого волоса и использует электрические сигналы для прокола клеточной мембраны без физического разреза», — пояснил первый автор статьи Айула Т. Бриммо, бывший аспирант группы профессора Касаимеха.
Использование передовых инструментов 3D-печати позволило команде создать более 200 прототипов с быстрыми итерациями и облегчило размещение 3D-микроэлектродов на кончике NMP. NMP эффективно извлекал РНК из отдельных раковых клеток и вводил синтетические ДНК (плазмиды) в отдельные раковые клетки, сохраняя при этом клетки в их тканеподобной конфигурации и не затрагивая другие соседние клетки.
«Разработанный нами NMP может проложить путь к более глубокому генетическому анализу отдельных клеток и более фундаментальному пониманию рака и других сложных заболеваний, — сказал Касаимех. — Наше будущее исследование направлено на увеличение пропускной способности NMP, а также повышение точности нацеливания на субклеточные компоненты. Мы ожидаем, что такие разработки позволят получить беспрецедентное представление о фундаментальных внутренних процессах всех живых организмов».