Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Η μέτρηση της πυκνότητας ενός κυττάρου μπορεί να αποκαλύψει πολλά για την κατάστασή του. Καθώς τα κύτταρα πολλαπλασιάζονται, διαφοροποιούνται ή υφίστανται κυτταρικό θάνατο, μπορεί να αποκτήσουν ή να χάσουν νερό και άλλα μόρια, κάτι που αποκαλύπτεται από τις αλλαγές στην πυκνότητα. Η παρακολούθηση αυτών των μικροσκοπικών αλλαγών στη φυσική κατάσταση των κυττάρων είναι δύσκολο να γίνει σε μεγάλη κλίμακα, ειδικά με την ανάλυση ενός κυττάρου, αλλά μια ομάδα ερευνητών του MIT βρήκε τώρα έναν τρόπο να μετρήσει την πυκνότητα των κυττάρων γρήγορα και με ακρίβεια – μετρώντας έως και 30.000 κύτταρα σε μία μόνο ώρα.
Οι ερευνητές έδειξαν επίσης ότι οι αλλαγές στην πυκνότητα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να γίνουν πολύτιμες προβλέψεις, συμπεριλαμβανομένου του εάν τα ανοσοκύτταρα όπως τα Τ κύτταρα έχουν ενεργοποιηθεί για να σκοτώσουν όγκους ή εάν τα καρκινικά κύτταρα είναι ευαίσθητα σε ένα συγκεκριμένο φάρμακο.
“Αυτές οι προβλέψεις βασίζονται όλες στην εξέταση πολύ μικρών αλλαγών στις φυσικές ιδιότητες των κυττάρων, οι οποίες μπορούν να σας πουν πώς θα ανταποκριθούν”, λέει ο Scott Manalis, καθηγητής Μηχανικής David H. Koch στα τμήματα Βιολογικής Μηχανικής και Μηχανολογίας, και μέλος του Ινστιτούτου Koch για την Ολοκληρωμένη Έρευνα για τον Καρκίνο. Ο Manalis είναι ο κύριος συγγραφέας της νέας μελέτης, η οποία δημοσιεύεται στο Nature Biomedical Engineering. Κύριος συγγραφέας της εργασίας είναι η ερευνήτρια του MIT, Weida (Richard) Wu.
Μέτρηση πυκνότητας
Καθώς τα κύτταρα εισέρχονται σε νέες καταστάσεις, το μοριακό τους περιεχόμενο, συμπεριλαμβανομένων των λιπιδίων, των πρωτεϊνών και των νουκλεϊκών οξέων, μπορεί να γίνει συνωστισμένο. Η μέτρηση της πυκνότητας ενός κυττάρου προσφέρει μια έμμεση εικόνα αυτού του συνωστισμού. Η νέα τεχνική μέτρησης πυκνότητας που αναφέρεται σε αυτή τη μελέτη βασίζεται στην εργασία που έχει κάνει το εργαστήριο του Manalis τις τελευταίες δύο δεκαετίες σχετικά με τις τεχνολογίες για την πραγματοποίηση μετρήσεων κυττάρων και μικροσκοπικών σωματιδίων.
Το 2007, το εργαστήριό του ανέπτυξε μια μικρορευστομηχανική συσκευή γνωστή ως αιωρούμενος συντονιστής μικροκαναλιών (SMR), η οποία αποτελείται από ένα μικροκανάλι σε ένα μικροσκοπικό πρόβολο πυριτίου που δονείται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Καθώς ένα κύτταρο διέρχεται από το κανάλι, η συχνότητα της δόνησης αλλάζει ελαφρώς και το μέγεθος αυτής της αλλαγής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της μάζας του κυττάρου.
Το 2011, οι ερευνητές προσάρμοσαν την τεχνική για να μετρήσουν την πυκνότητα των κυττάρων. Για να επιτευχθεί αυτό, τα κύτταρα διέρχονται δύο φορές από τη συσκευή, αιωρούμενα σε δύο υγρά διαφορετικής πυκνότητας. Η πλωτή μάζα ενός κυττάρου (η μάζα του καθώς επιπλέει στο υγρό) εξαρτάται από την απόλυτη μάζα και τον όγκο του, επομένως μετρώντας δύο διαφορετικές πλωτές μάζες για ένα κύτταρο, μπορούν να υπολογιστούν η μάζα, ο όγκος και η πυκνότητά του.
Αυτή η τεχνική λειτουργεί καλά, αλλά η εναλλαγή υγρών και η ροή κυττάρων μέσα από το καθένα είναι χρονοβόρα, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για τη μέτρηση μερικών εκατοντάδων κυττάρων κάθε φορά.
Για να δημιουργήσουν ένα ταχύτερο, πιο βελτιστοποιημένο σύστημα, οι ερευνητές συνδύασαν τη συσκευή SMR με ένα φθορίζον μικροσκόπιο, το οποίο επιτρέπει μετρήσεις του όγκου των κυττάρων. Το μικροσκόπιο τοποθετείται στην είσοδο του αντηχείου και τα κύτταρα ρέουν μέσω της συσκευής ενώ επιπλέουν σε μια φθορίζουσα χρωστική ουσία που δεν μπορεί να απορροφηθεί από τα κύτταρα. Όταν τα κύτταρα περνούν από το μικροσκόπιο, η βύθιση στο φθορίζον σήμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του όγκου του κυττάρου.
Αφού ληφθεί αυτή η μέτρηση όγκου, τα κύτταρα ρέουν στον αντηχείο, ο οποίος μετρά τη μάζα τους. Αυτή η διαδικασία, η οποία επιτρέπει τον γρήγορο υπολογισμό της πυκνότητας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση έως και 30.000 κυττάρων σε μία ώρα.
«Αντί να προσπαθούμε να ρέουμε τα κύτταρα μπρος-πίσω τουλάχιστον δύο φορές μέσα από το πρόβολο για να βρούμε την πυκνότητα των κυττάρων, θέλαμε να προσπαθήσουμε να δημιουργήσουμε μια μέθοδο για να κάνουμε μια απλοποιημένη μέτρηση, έτσι ώστε τα κύτταρα να χρειάζεται να περάσουν από το πρόβολο μόνο μία φορά», λέει ο Wu. «Από τη μάζα και τον όγκο ενός κυττάρου, μπορούμε στη συνέχεια να εξαγάγουμε την πυκνότητά του, χωρίς να διακυβεύεται η απόδοση ή η ακρίβεια».
Αξιολόγηση των Τ κυττάρων
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη νέα τους τεχνική για να παρακολουθήσουν τι συμβαίνει στην πυκνότητα των Τ κυττάρων μετά την ενεργοποίησή τους από σηματοδοτικά μόρια. Καθώς τα Τ κύτταρα μεταβαίνουν από μια κατάσταση ηρεμίας σε μια ενεργή κατάσταση, αποκτούν νέα μόρια, καθώς και νερό, διαπίστωσαν οι ερευνητές. Από την κατάσταση πριν από την ενεργοποίησή τους έως την πρώτη ημέρα ενεργοποίησης, οι πυκνότητες των κυττάρων μειώθηκαν από κατά μέσο όρο 1,08 γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο σε 1,06 γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο. Αυτό σημαίνει ότι τα κύτταρα γίνονται λιγότερο πυκνά, καθώς αποκτούν νερό πιο γρήγορα από ό,τι αποκτούν άλλα μόρια.
«Αυτό υποδηλώνει ότι η πυκνότητα των κυττάρων πιθανότατα αντανακλά μια αύξηση στην κυτταρική περιεκτικότητα σε νερό καθώς τα κύτταρα μεταβαίνουν από μια κατάσταση ηρεμίας, μη πολλαπλασιασμού σε μια κατάσταση υψηλής ανάπτυξης», λέει ο Wu. «Αυτά τα δεδομένα υποδεικνύουν την άποψη ότι η πυκνότητα των κυττάρων είναι ένας ενδιαφέρων βιοδείκτης που αλλάζει κατά την ενεργοποίηση των Τ-κυττάρων και μπορεί να έχει λειτουργική σχέση με το πόσο καλά θα μπορούσαν να πολλαπλασιαστούν τα Τ-κύτταρα».
