Новый инструмент проточной цитометрии улучшает анализ метаболизма человека, растений, грибов и бактерий

Исследователи из Центра изучения единичных клеток (Single-Cell Center) Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессных технологий Китайской академии наук (QIBEBT/CAS) создали платформу, повышающую точность, пропускную способность и стабильность при анализе динамических метаболических характеристик клеток.

Их исследование, опубликованное в Advanced Science 4 марта, описывает технологию, позволяющую делать моментальные "снимки" метаболизма популяций клеток, включая растения (микроводоросли), дрожжи, бактерии (например, E. coli) и раковые клетки человека.

Анализ метаболических фенотипов — характеристик, возникающих из-за диеты, образа жизни, микробиома кишечника и генетики — требует глубокого анализа клеточных популяций с помощью масс-спектрометрии и флуоресцентной проточной цитометрии. Однако эти методы предполагают мечение клеток флуоресцентными красителями или их полное разрушение, что ограничивает их применение.

Чтобы решить эти проблемы, китайская исследовательская группа представила новую надежную платформу проточной цитометрии, которая не требует мечения или разрушения клетки.

В более ранней работе команда QIBEBT/CAS предложила концепцию "раманома": быстрого, недорогого, высокопроизводительного метода анализа динамических метаболических характеристик из одной популяции генетически идентичных клеток. Метод основан на сборе спектров комбинационного рассеяния света единичных клеток (SCRS), которые служат структурными "отпечатками пальцев" для идентификации молекул. Каждый полный спонтанный SCRS (fs-SCRS) содержит тысячи пиков, соответствующих колебаниям конкретных молекулярных связей и потенциально представляющих метаболический фенотип.

Несмотря на перспективность, получение раманома с помощью рамановской микроскопии — низкопроизводительный метод для статичных клеток. Например, сбор раманома микроводорослей может занять четыре часа при неглубоком охвате выборки. В то же время другие методы, такие как рамановская проточная цитометрия (RFC), обладают более высокой пропускной способностью, но ограничены высоким уровнем фонового шума, узким спектральным диапазоном и низкой чувствительностью из-за низкого спектрального разрешения.

Чтобы преодолеть эти ограничения, команда QIBEBT/CAS усовершенствовала технологию раманома, разработав и запустив надежную систему рамановской проточной цитометрии для fs-SCRS с высокой точностью, пропускной способностью и стабильностью работы. Новая система, названная "pDEP-DLD-RFC" (positive dielectrophoresis-based Raman-activated droplet sorting-induced deterministic lateral displacement-based Raman flow cytometry), обеспечивает:

• Стабильную работу в течение длительного времени для глубокого анализа метаболически неоднородных клеточных популяций.
• Точный захват быстро движущихся клеток.
• Совмещение лазерного луча с мишенью для эффективного сбора спектров.

pDEP-DLD-RFC состоит из рамановского микроскопа, микрофлюидного чипа с насосами, генератора сигналов для создания силы, захватывающей и фокусирующей единичные клетки, и реле для управления этой силой. Эта технология интегрирована в прибор под названием FlowRACS.

Первые тесты FlowRACS продемонстрировали химическую специфичность и точность дискриминации 99,9%, а также высокую скорость и пропускную способность анализа.

Улучшения, достигнутые с помощью pDEP-DLD-RFC, обещают широкое применение в метаболическом профилировании клеточных систем в медицинских исследованиях и науках о жизни.

В будущем команда планирует исследовать методы более эффективного совмещения для меньших клеток, интегрировать pDEP-DLD с поверхностно-усиленной рамановской спектроскопией для сокращения времени сбора данных, внедрить стратегию линейной фокусировки для параллельного детектирования нескольких клеток и оптимизировать секвенирование или культивирование единичных клеток.