Оптический «пинцет» для быстрого и дешёвого скрининга бактерий и раковых клеток

Исследователи из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессов (QIBEBT) Китайской академии наук (CAS) представили новую технологию — систему оптического пинцета для скрининга пула клеток и выделения единичных клеток (OPSI). Она обеспечивает чистоту сортировки целевых клеток на уровне 99,7%, работая в режиме реального времени.

Исследование опубликовано в Lab on a Chip 29 ноября.

Проблема современных методов

Существующие методы сортировки клеток не могут эффективно работать с клетками разного размера, сохраняя при этом их жизнеспособность для последующих исследований. Технология OPSI, по сравнению с ними, снижает стоимость и потребление ресурсов, а также экономит время, что критически важно при работе с патогенами или аномальными клетками.

Принцип работы

Оптический пинцет — это сфокусированный лазерный луч, способный удерживать и перемещать микроскопические объекты, подобно обычному пинцету. В данном случае объектами являются целевые клетки.

Технология применяется к пулу клеток, заключённых в микрофлюидный чип (обычно стеклянную пластину с микроканалами). Целевую клетку идентифицируют с помощью флуоресцентной или рамановской микроскопии, либо в светлом поле. Затем её легко упаковывают в микрокаплю и экспортируют по принципу «одна клетка — одна пробирка» для последующей амплификации и анализа.

«Сортировка целевых клеток на основе изображений в реальном времени с точной индексацией желательна для секвенирования или культивирования отдельных человеческих или микробных клеток прямо из клинических или природных образцов. Однако универсальность существующих методов ограничена, так как они обычно не применимы ко всем размерам клеток», — пояснил Сюй Тэн, первый автор статьи из Центра единичных клеток QIBEBT.

Экспериментальная проверка

• В эксперименте использовали искусственную смесь E. coli с зелёным флуоресцентным белком (GFP), E. coli без GFP и дрожжей в соотношении 1:1:1. GFP-бактерии и дрожжи были быстро разделены.
• В другом тесте в смеси присутствовало всего 0,1% GFP E. coli. Флуоресцирующие клетки легко детектировали и изолировали среди других клеток разного размера.

Преимущества технологии

«Точное выделение и широкий спектр размеров клеток, которыми можно манипулировать с помощью OPSI, не только облегчает получение целевых клеток, но и может значительно уменьшить объём образца, необходимый для исследования», — отметил соавтор Ли Юаньдун.

Изоляция клеток в микрокаплях также сохраняет высокое качество клеточной информации, позволяя детектировать больше генов при минимизации ресурсов. Это особенно важно для редких или малых образцов.

«Используя широкопольную визуализацию, а не детектирование клеток по одной в потоке, распознавание целевой клетки может быть очень быстрым», — добавил профессор Сюй Цзянь. — «OPSI также обеспечивает чистоту сортировки >99,7% и повышенную в 10 раз скорость — 10–20 клеток в минуту».

Перспективы

Внедрение автоматического распознавания на основе искусственного интеллекта и автоматизация манипуляций для метода OPSI могут ещё больше увеличить пропускную способность и значительно расширить сферы применения этой технологии.