Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе годами изучают реснички, чтобы определить, как их дисфункция приводит к бесплодию и другим состояниям, связанным с заболеваниями, связанными с ресничками. Теперь они смогут выполнять эти исследования быстрее с помощью нового метода, который использует звуковые волны для мгновенного улавливания клеток, приводимых в движение ресничками, а затем выпускает их для измерения их движения, когда они уплывают.
Междисциплинарная группа под руководством Дж. Марк Мичем, доцент кафедры машиностроения и материаловедения Инженерной школы МакКелви, и студенты его лаборатории использовали акустический микрофлюидный подход, в котором используются ультразвуковые стоячие волны в небольшой заполненной жидкостью камере для сбора групп одноклеточных зеленых водорослей. клетки Chlamydomonas reinhardtii, модельный организм для изучения ресничек человека. Так называемая акустическая ловушка использует свойства материала тел клеток, чтобы удерживать их на месте, не повреждая. Сначала собрав клетки, команда может эффективно проанализировать сотни клеток за считанные минуты. Результаты были опубликованы и размещены на внутренней стороне задней обложки журнала Soft Matter в печатном издании от 12 июня 2019 года.
«Думайте об этом как о крошечной клетке, созданной ультразвуковым полем», - сказал Мичем. «Клетки пытаются найти способ убежать, но их отталкивают волны, из которых состоят стены клетки. Когда стены удаляются, они могут свободно бежать».
Реснички - это крошечные волосовидные структуры в клетках, которые выстилают наши легкие, нос, мозг и репродуктивную систему. Они предназначены для удаления жидкостей и микробов, чтобы люди оставались здоровыми. Когда они неисправны, могут развиться бесплодие, хронические инфекции среднего уха, вода в мозгу и другие состояния.
Сьюзен Датчер, профессор генетики, клеточной биологии и физиологии Медицинской школы и соавтор статьи, работает с C. reinhardtii и сотнями ее генетических вариантов или мутантов для изучения поведения ресничек. и дисфункции. По словам Мичема, анализ такого количества вариантов с использованием современных методов, которые вручную отслеживают отдельные клетки, займет очень много времени.
«Доктору Датчер полезно быстро классифицировать свои клетки на основе эффективности плавания и выбирать те, которые представляют наибольший интерес для более трудоемкого и утомительного детального анализа», - сказал Мичем. «Это то, в чем действительно помогает этот тип популяционного метода, позволяя нам анализировать большое количество заданных мутантов за короткое время."
Для этой работы в качестве моделей команда использовала три генетических варианта клеток C. reinhardtii из лаборатории Датчера.
Мичем и докторант Минджи Ким, первый автор статьи, разработали микрофлюидный чип, который достаточно мал, чтобы два из них поместились на предметном стекле размером 1 на 3 дюйма. Клетки входили и выходили через впускные и выпускные каналы, соединенные с круглой камерой в центре устройства, похожей на большой открытый загон для клеток, до включения ультразвука. Ким и Мичем ввели жидкость, содержащую клетки, в устройство, а затем активировали ультразвук с помощью пьезоэлектрического преобразователя. Ультразвуковые волны отражаются от стенок камеры, создавая в круглой камере полости под давлением, которые объединяют клетки в группу в центре камеры.
После визуализации клеток исследователи выключают ультразвук, эффективно открывая дверь клетки и позволяя клеткам уплыть.
«Эта акустическая ловушка позволяет нам проводить такой интересный анализ, который мы не могли бы сделать никаким другим способом», - сказал Мичем. «Мы можем захватывать и высвобождать клеточную популяцию, анализировать ее, загружать следующую популяцию, захватывать, высвобождать, анализировать и загружать следующую в течение от десятков секунд до минуты на образец, чтобы получить градуированный показатель плавания. возможность работы с различными типами ячеек."
Анализ распространения клеток легко автоматизировать, поскольку плавание начинается с одного места, сказал Мичем. Клетки отображаются как черные пиксели на последовательных изображениях выпущенных клеток. Затем изменение формы клеток связано со скоростью плавания.
«Мы наблюдаем за тем, как они плавают в течение одной-трех секунд, а затем, как только мы получаем эти изображения, процесс их анализа автоматизирован», - сказал Ким. «Мы можем автоматически измерить подвижность примерно 50 клеток значительно быстрее, чем при отслеживании отдельных клеток."
В конечном счете, команда стремится предоставить исследователям инструмент, который классифицирует клетки на основе их способности к движению, будь то для каталогизации мутантов C. reinhardtii или для оценки подвижности сперматозоидов, сказал Мичем.