Микрокапельный генератор улучшает метод анализа отдельных клеток млекопитающих

Следовые металлы критически важны для роста всех живых организмов. Понимание их роли в метаболизме необходимо для поддержания стабильного состояния организма. Кроме того, люди постоянно подвергаются воздействию вредных тяжелых металлов из-за различных видов загрязнения. Это стимулирует разработку аналитических методов, способных определять уровень этих металлов в клетках.

Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) — это аналитический метод для определения элементного состава различных образцов, включая биологические. В последнее время метод ICP-MS для одиночных клеток (scICP-MS) широко используется в медицине и биологии для анализа отдельных живых клеток бактерий, грибов, микроорганизмов, растений и млекопитающих.

Система ввода пробы в scICP-MS обычно состоит из пневматического небулайзера и камеры полного расхода. Небулайзер преобразует суспензию клеток в аэрозоль.

Хотя эффективность транспортировки при традиционном анализе scICP-MS с небулайзером достигает 10% для клеток дрожжей, этот метод не подходит для хрупких клеток млекопитающих. Химическая фиксация может укрепить клетки, но она сильно влияет на элементный состав, что приводит к неточности анализа. Таким образом, необходима система ввода пробы, которая не повреждает клетки млекопитающих.

Группа исследователей из Японии продемонстрировала потенциал микрокапельного генератора (µDG) в качестве системы ввода пробы для эффективного и количественного элементного анализа клеток млекопитающих.

Команда в составе доцента Ю-ки Танаки, Хинано Катаямы, Рисако Ииды и профессора Ясумицу Огры из Высшей школы фармацевтических наук Университета Тибы внедрила µDG в систему ввода пробы ICP-MS. Они показали, что эта система способна точно проводить элементный анализ. Их исследование было опубликовано 2 декабря 2024 года в Journal of Analytical Atomic Spectrometry.

Доктор Танака заявляет: «До сих пор scICP-MS применялся к бактериям, грибам, растительным клеткам и эритроцитам. Мы расширили потенциал технологии scICP-MS на культивируемые клетки млекопитающих, разработав надежный аналитический метод для измерения элементного состава в таких клетках».

В исследовании использовались две системы ввода пробы. Первая — традиционная система с концентрическим стеклянным небулайзером и камерой полного расхода. Вторая система включала µDG, встроенный в изготовленную Т-образную стеклянную конструкцию, один конец которой был соединен с камерой полного расхода, а другой — с горелкой ICP.

Исследователи обнаружили, что эффективность транспортировки клеток резко возросла при использовании µDG. Более того, они оценили содержание магния, железа, фосфора, серы и цинка в клетках линии K562 (клетки хронического миелоидного лейкоза человека) и выяснили, что µDG сохраняет исходную структуру клеток, в отличие от традиционной системы, которая обычно ее изменяет.

Таким образом, µDG хорошо подходит для элементного анализа одиночных клеток, поскольку не влияет на их структуру, что приводит к высокоэффективному детектированию. «Наши результаты демонстрируют потенциал µDG в качестве универсальной системы ввода пробы в scICP-MS», — поясняет доктор Танака.

Полученные данные свидетельствуют, что размер культивируемых клеток K562 влияет на сдвиговое напряжение, индуцированное при небулизации, что приводит к повреждению клеток. Увеличение размера клетки усиливает сдвиговое напряжение, вызывая значительные повреждения. µDG способен сохранять структуру клеток K562, обеспечивая высокоэффективное детектирование и количественное измерение элементных сигналов от отдельных клеток.

Метод ICP-MS широко применим в экологическом мониторинге, энергетике, фармацевтической, пищевой и сельскохозяйственной промышленности, а также в клинических исследованиях.

«Одно из перспективных направлений внедрения технологии scICP-MS в обществе — это прогноз и диагностика заболеваний. Состояние здоровья можно оценить, анализируя элементный состав в организме и даже на уровне отдельных клеток. Образцы клеток крови, которые легко собрать как у пациентов, так и у здоровых людей, служат основной мишенью для диагностики и прогноза с помощью scICP-MS», — заключает доктор Танака.