Onderzoekers ontwikkelen contactloze sonde om afzonderlijke cellen in tumoren te analyseren

Onderzoekers van NYU Abu Dhabi (NYUAD) hebben een speciale contactloze multifysische sonde (NMP) ontwikkeld waarmee ze cytoplasmatische monsters van afzonderlijke tumorcellen kunnen verzamelen zonder hun ruimtelijke configuraties in het oorspronkelijke weefsel te verstoren. Het kleine hulpmiddel kan ook worden gebruikt om vreemde materialen in geselecteerde cellen in het weefsel te introduceren om hun genetische samenstelling te veranderen. Als gevolg hiervan zal het NMP geavanceerde studies faciliteren die het huidige begrip van de basisbouwstenen van ziekten, waaronder kanker en Alzheimer, zouden kunnen verbeteren en die zouden kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe therapieën. Bovendien zou dit kunnen leiden tot een krachtig instrument op het gebied van stamcelbiologie en herprogrammering.

Deze nieuwe, uiterst nauwkeurige technologie zou ook kunnen bijdragen aan ’s werelds meest ambitieuze genetische project, de Menselijke celatlas, door sequentiële, niet-invasieve en multiplex genetische manipulatie en subcellulaire ‘biopsie’-bemonstering mogelijk te maken met één enkel instrument.

Het vermogen om afzonderlijke cellen te analyseren met behoud van dezelfde ruimtelijke configuraties als de oorspronkelijke tumor, is fundamenteel voor het begrijpen van de diversiteit en heterogeniteit van cellen binnen een tumor. Daarom is het van cruciaal belang om hulpmiddelen te ontwikkelen voor het onderzoeken en analyseren van afzonderlijke cellen terwijl ze zich in hun natuurlijke fysiologische omgeving bevinden.

In hun studie, Noncontact Multiphysics Probe for Spatiotemporal Resolved Single-Cell Manipulation and Analyses gepubliceerd in het tijdschrift Klein, NYUAD Universitair docent Mechanische en Biomedische Technologie en hoofdonderzoeker bij het Advanced Microfluidics and Microdevices Laboratory Mohammad A. Qasaimeh en zijn team presenteren het proces van de ontwikkeling van de nieuwe technologie. Het team bouwde voort op hun eerdere inspanningen in 3D-geprinte microfluïdische sondes en hun recente ontwikkeling van de Micro-electro-Fluidic Probe voor celscheiding en patroonvorming. Deze NMP is echter aanzienlijk geminiaturiseerd om eencellige manipulatie te bereiken, het ontwerp is geavanceerd voor subcellulaire operaties en het apparaat is geïntegreerd met elektrische componenten voor stimulatie van een enkele cel.

“Dit is analoog aan het verzamelen van bloedmonsters van een patiënt zonder fysiek contact tussen de naald en de huid, maar in het geval van de NMP is de patiënt een enkele kankercel en is de ‘naald’ vijf keer dunner dan een streng. van mensenhaar en gebruikt elektrische signalen om door het celmembraan te prikken, zonder fysieke prikken, “zei Ayoola T. Brimmo, de eerste auteur en een voormalig Ph.D. student met de groep van professor Qasaimeh.

Door het gebruik van geavanceerde 3D-printtools kon het team meer dan 200 prototypes maken met snelle iteraties, en werd de opname van 3D-micro-elektroden aan het uiteinde van de NMP vergemakkelijkt. Het NMP haalde effectief RNA’s uit afzonderlijke kankercellen en introduceerde synthetische DNA’s (plasmiden) in afzonderlijke kankercellen, terwijl de cellen in hun weefselachtige configuratie werden gehouden en andere naburige cellen onaangeroerd bleven.

“Het door ons ontwikkelde NMP kan de weg wijzen naar meer diepgaande genetische analyses van afzonderlijke cellen en een meer fundamenteel begrip van kanker en andere complexe ziekten”, aldus Qasaimeh. “Ons toekomstige onderzoek is gericht op het vergroten van de doorvoer van de NMP, evenals het vergroten van de precisie voor het richten op subcellulaire componenten. We verwachten dat dergelijke ontwikkelingen ongeëvenaarde inzichten mogelijk zullen maken over de fundamentele interne werking van alle levensvormen.”