Esta es una muestra de células que se utiliza para dos rondas de pruebas. En el panel superior, dos biomarcadores se tiñen de verde y rojo, y en el fondo, después de que la muestra haya sido regenerada, los mismos biomarcadores se tiñen de rojo y verde. Esto muestra que el mismo tejido se puede utilizar para múltiples rondas de pruebas sin degradar la muestra de tejido. Crédito:Xiaohu Gao, Universidad de Washington
Un mejor diagnóstico y tratamiento del cáncer podría depender de la capacidad de comprender mejor una sola célula a nivel molecular. Una nueva investigación ofrece una forma más completa de analizar el comportamiento único de una célula, usando una variedad de colores para mostrar patrones que podrían indicar por qué una célula se volverá cancerosa o no.
Un equipo de la Universidad de Washington ha desarrollado un nuevo método para codificar células por colores que les permite iluminar 100 biomarcadores, un aumento de diez veces del estándar de investigación actual, para ayudar a analizar células individuales de cultivos o biopsias de tejidos. El trabajo se publica esta semana (19 de marzo) en Comunicaciones de la naturaleza .
"Descubrir este proceso es un avance sin precedentes para el campo, "dijo el autor correspondiente Xiaohu Gao, profesor asociado de bioingeniería de la UW. "Esta tecnología abre oportunidades interesantes para el análisis unicelular y el diagnóstico clínico".
La investigación se basa en métodos actuales que utilizan una gama más pequeña de colores para señalar los biomarcadores de una célula, características que indican un especial, y potencialmente anormal o enfermo, celda. Idealmente, los científicos podrían probar una gran cantidad de biomarcadores, luego confíe en los patrones que surgen de esas pruebas para comprender las propiedades de una célula.
El equipo de investigación de la UW ha creado un proceso de ciclo que permite a los científicos probar hasta 100 biomarcadores en una sola célula. Antes, los investigadores solo pudieron probar 10 a la vez.
El análisis utiliza puntos cuánticos, que son bolas fluorescentes de material semiconductor. Los puntos cuánticos son la versión más pequeña del material que se encuentra en muchos dispositivos electrónicos, incluidos teléfonos inteligentes y radios. Estos puntos cuánticos tienen entre 2 y 6 nanómetros de diámetro, y varían en el color que emiten según su tamaño.
Esta figura muestra el proceso cíclico desarrollado en el estudio. En el paso uno, las bolas de colores que representan puntos cuánticos de diferentes colores se utilizan para etiquetar biomarcadores en muestras de células y tejidos. El segundo paso muestra cómo cada biomarcador puede aislarse y separarse en imágenes distintas para su análisis. El paso tres ilustra cómo se limpia la muestra de tejido entre rondas para comenzar nuevamente la prueba de biomarcadores. Crédito:Xiaohu Gao, Universidad de Washington
Las pruebas cíclicas no se han hecho antes, aunque muchos artículos de puntos cuánticos han intentado ampliar el número de biomarcadores probados en una sola célula. Este método esencialmente reutiliza la misma muestra de tejido, pruebas de biomarcadores en grupos de 10 en cada ronda.
"Las proteínas son los componentes básicos de la función y el comportamiento celular, pero su composición en una celda es muy compleja, "Dijo Gao." Es necesario observar una serie de indicadores (biomarcadores) para saber qué está pasando ".
El nuevo proceso funciona así:Gao y su equipo compran anticuerpos que se sabe que se unen a los biomarcadores específicos que quieren probar en una célula. Emparejan puntos cuánticos con los anticuerpos en una solución fluida, inyectándolo en una muestra de tejido. Luego, utilizan un microscopio para buscar la presencia de colores fluorescentes en la célula. Si ven colores de puntos cuánticos particulares en la muestra de tejido, saben que el biomarcador correspondiente está presente en la célula.
Después de completar un ciclo, Gao y el coautor Pavel Zrazhevskiy, un estudiante de doctorado en bioingeniería de la UW, inyectar un líquido de pH bajo en el tejido celular que neutraliza la fluorescencia del color, esencialmente limpiando la muestra para la siguiente ronda. Notablemente, la muestra de tejido no se degrada en absoluto incluso después de 10 ciclos de este tipo, Dijo Gao.
Para la investigación y el tratamiento del cáncer, en particular, es importante poder mirar una sola celda en alta resolución para examinar sus detalles. Por ejemplo, si el 99 por ciento de las células cancerosas en el cuerpo de una persona responden a un medicamento de tratamiento, pero el 1 por ciento no lo hace, es importante analizar y comprender la composición molecular de ese 1 por ciento que responde de manera diferente.
"Cuando se trata con medicamentos prometedores, todavía hay algunas células que generalmente no responden al tratamiento, "dijo Gao." Se ven iguales, pero no tiene una herramienta para ver los componentes básicos de sus proteínas. Esto realmente nos ayudará a desarrollar nuevos fármacos y enfoques de tratamiento ".
El proceso es relativamente económico y sencillo, y Gao espera que el procedimiento se pueda automatizar. Él imagina una cámara para contener la muestra de tejido, y bombas delgadas como alambre para inyectar y aspirar fluido entre ciclos. Un microscopio debajo de la cámara tomaría fotos durante cada etapa. Todas las imágenes se cuantificarían en una computadora, donde los científicos y los médicos podrían observar la intensidad y la prevalencia de los colores.
Gao espera colaborar con empresas y otros investigadores para avanzar hacia un proceso automatizado y uso clínico.
"La tecnología está lista, "Dijo Gao." Ahora que está desarrollado, estamos preparados para los impactos clínicos, particularmente en los campos de la biología de sistemas, oncología y patología ".
