Los investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis han estado estudiando los cilios durante años para determinar cómo su disfunción conduce a la infertilidad y otras afecciones asociadas con enfermedades relacionadas con los cilios. Ahora, podrán realizar estos estudios más rápidamente a través de un nuevo método que utiliza ondas sonoras para atrapar momentáneamente las células impulsadas por los cilios, luego los suelta para medir su movimiento mientras se alejan nadando.

Un equipo interdisciplinario dirigido por J. Mark Meacham, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Escuela de Ingeniería McKelvey, y los estudiantes de su laboratorio utilizaron un enfoque de microfluidos acústicos que utiliza ondas estacionarias ultrasónicas dentro de una pequeña cámara llena de líquido para recolectar grupos de células de algas verdes unicelulares Chlamydomonas reinhardtii, un organismo modelo para el estudio de los cilios humanos. La llamada trampa acústica aprovecha las propiedades materiales de los cuerpos celulares para mantenerlos en su lugar sin dañarlos. Al recolectar primero las células, el equipo puede analizar eficazmente cientos de células en minutos. Los resultados fueron publicados y presentados en la contraportada interior de la revista. Materia blanda en el 12 de junio, 2019, edición impresa.

"Piense en ello como una pequeña jaula hecha por el campo de ultrasonido, "Dijo Meacham." Las celdas están tratando de encontrar una manera de escapar, pero son empujadas hacia atrás por las olas que forman las paredes de la jaula. Cuando se quitan las paredes, son libres de correr ".

Los cilios son estructuras diminutas parecidas a pelos en las células que recubren nuestros pulmones, nariz, cerebro y sistemas reproductivos. Están diseñados para eliminar líquidos y microbios para mantener a las personas sanas. Cuando funcionan mal, esterilidad, infecciones crónicas del oído medio, agua en el cerebro y otras condiciones pueden desarrollarse.

Susan Dutcher, profesor de genética y de biología y fisiología celular en la Facultad de Medicina y coautor del artículo, trabaja con C. reinhardtii y cientos de sus variantes genéticas, o mutantes, estudiar el comportamiento y la disfunción ciliar. Analizando tantas variantes usando métodos actuales, que trazan manualmente celdas individuales, tomaría mucho tiempo, Dijo Meacham.

"Es útil para la Dra. Dutcher clasificar rápidamente sus células basándose en la efectividad de la natación y elegir aquellas que sean de mayor interés para las más laboriosas y tediosas, análisis detallado, "Dijo Meacham." Eso es lo que realmente ayuda este tipo de método basado en la población, permitiéndonos analizar una gran cantidad de mutantes dados en poco tiempo ".

Por este trabajo, el equipo utilizó tres variantes genéticas de células de C. reinhardtii del laboratorio de Dutcher como modelos.

Meacham y estudiante de doctorado, Minji Kim, primer autor del artículo, desarrolló el chip de microfluidos, que es lo suficientemente pequeño como para que dos de ellos quepan en un portaobjetos de vidrio de 1 por 3 pulgadas. Las celdas entraban y salían a través de canales de entrada y salida conectados a una cámara circular en el centro del dispositivo, que es como una gran, Abra el bolígrafo para las células, antes de que se encienda el ultrasonido. Kim y Meacham insertaron líquido que contenía las células en el dispositivo, luego activó el ultrasonido a través de un transductor piezoeléctrico. Las ondas ultrasónicas se reflejan en las paredes de la cámara para crear pozos de presión dentro de la cámara circular, que atrapan las células en un grupo en el centro de la cámara.

Después de obtener imágenes de las células, los investigadores apagan el ultrasonido, abriendo efectivamente la puerta de la jaula y permitiendo que las celdas se alejen nadando.

"Esta trampa acústica nos permite hacer este tipo de análisis interesante que no podríamos hacer de otra manera, ", Dijo Meacham." Podemos atrapar y liberar una población de células, analizarlo, cargar la próxima población, trampa, liberación, analizar, y cargue el siguiente en cuestión de decenas de segundos a un minuto por muestra para obtener una medida graduada de la capacidad de natación para los diferentes tipos de células ".

El análisis de las células en expansión se automatiza fácilmente porque la natación comienza desde una única ubicación, Dijo Meacham. Las células aparecen como píxeles negros en imágenes sucesivas de las células liberadas. El cambio de forma de las células se relaciona con la velocidad de nado.

"Los observamos nadar durante uno a tres segundos, luego, una vez que tengamos esas imágenes, el proceso de análisis de los mismos está automatizado, ", Dijo Kim." Podemos obtener la medición de la motilidad de unas 50 células de forma automatizada considerablemente más rápido que teniendo que rastrear células individuales ".

Por último, el equipo busca proporcionar a los investigadores una herramienta que clasifique las células en función de su capacidad de movimiento, ya sea para catalogar mutantes de C. reinhardtii o para evaluar la motilidad de los espermatozoides, Dijo Meacham.