Учёные создали метод для изучения дифференцировки клеток, экономящий время

Исследователи из Института молекулярной инженерии Чикагского университета разработали новый «лабораторию-на-чипе», которая может изучать тысячи отдельных живых клеток в течение недели, проводя эксперименты, требующие более 1 миллиона шагов в обычной лаборатории.

Устройство размером с банковскую карту не только экономит время и деньги, но и позволяет по-новому взглянуть на то, как отдельные стволовые клетки реагируют на различные молекулы и условия среды.

Изучив на устройстве нейральные стволовые клетки и проанализировав данные, исследователи обнаружили несколько новых закономерностей, определяющих временные параметры и последовательности сигналов, необходимые для дифференцировки или самообновления клеток. Это открытие может иметь значение для понимания развития мозга или лечения пациентов с помощью иммунотерапии.

Разработка нового способа изучения клеток

Сигналы, полученные стволовыми клетками в разное время, определяют, в какой тип клеток они будут развиваться. Современные методы не позволяют изучать эти сигнальные молекулы на отдельных клетках в организме в динамике. Существующие микрофлюидные устройства имели ограниченное число камер и не могли поддерживать жизнь клеток достаточно долго.

Решение для поддержания жизни чувствительных клеток

Новое микрофлюидное устройство содержит 1500 автоматизированных камер (намного больше, чем у аналогов с менее чем 100 камерами) и объединяет несколько функций: стимуляцию клеток, культивирование, визуализацию и сортировку. Ключевым усовершенствованием стала новая методика подачи питательной среды в камеру с клетками путём диффузии. Этот щадящий процесс заменяет традиционную смену среды, которая «шокирует» клетки и может привести к их гибели, и позволяет культивировать клетки значительно дольше.

Результаты и перспективы

В первом эксперименте на устройстве изучалось влияние различных сигнальных молекул на мышиные нейральные стволовые клетки. Машинный анализ большого массива данных показал:

• Определённые комбинации сигналов действуют синергетически и заставляют клетки дифференцироваться.
• Другие молекулы подавляют эти процессы.
• Время подачи сигнала критически важно. Молекула, доставленная в правильный момент, может изменить судьбу стволовой клетки с дифференцировки на самообновление.

В дальнейшем исследователи планируют использовать устройство для изучения органоидов. В перспективе подобная технология может найти применение в иммунотерапии: стволовые клетки пациента можно будет извлечь, «обучить» на устройстве с помощью правильной комбинации молекул для развития в нужную линию, а затем вернуть в организм.