Onderzoekers van de Universiteit van Zürich hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het analyseren van cellen en hun componenten, genaamd iteratieve indirecte immunofluorescentiebeeldvorming (4i). Deze innovatie verfijnt de standaard immunofluorescentie-beeldvormingstechniek die wordt gebruikt in de biogeneeskunde aanzienlijk en biedt clinici een enorme hoeveelheid gegevens van elk afzonderlijk monster. 4i maakt het mogelijk om de ruimtelijke verdeling van ten minste 40 eiwitten en hun modificaties in dezelfde cel voor honderdduizenden cellen tegelijkertijd op verschillende niveaus te observeren, van het weefsel tot op organelniveau.

Tien keer meer eiwitten tegelijk zichtbaar

"4i is de eerste beeldvormingstechniek die ons een gemultiplext weefsel-naar-organelbeeld van biologische monsters geeft. We kunnen, Voor de eerste keer, link gemultiplexte informatie afgeleid van het weefsel, cellulair en subcellulair niveau in één en hetzelfde experiment, " zegt Gabriele Gut, hoofdauteur van de studie en postdoctoraal onderzoeker aan het Institute of Molecular Life Sciences aan de UZH.

Immunofluorescentie (IF) gebruikt antilichamen om eiwitten in biologische monsters te visualiseren en te lokaliseren. Terwijl de standaard IF-methode gewoonlijk drie eiwitten markeert, 4i gebruikt kant-en-klare antilichamen en conventionele fluorescentiemicroscopen om tien keer meer eiwitten te visualiseren door iteratieve hybridisatie en verwijdering van antilichamen uit het monster. "Stel je celbiologen voor als journalisten. Elk experiment is een interview met onze cellen. Met conventionele IF, Ik kan drie vragen stellen, terwijl met 4i, Ik kan een discussie voeren over meer dan 40 onderwerpen, " legt Gabriele Gut uit.

Kaart biedt systematisch overzicht van cellulair landschap

Eenmaal verworven, de enorme hoeveelheid gegevens moet dan worden geanalyseerd - de volgende hindernis voor de onderzoekers. "We hebben afbeeldingen gegenereerd met een subcellulaire resolutie voor duizenden cellen voor 40 kanalen voor meer dan 10 behandelingsomstandigheden. Het menselijk oog en de hersenen kunnen de biologische complexiteit die door 4i wordt verzameld niet verwerken."

Om volledig gebruik te maken van de 4i-gegevens, Gabriele Gut ontwikkelde een nieuw computerprogramma voor visualisatie en analyse, multiplexed protein maps genaamd. Het extraheert het gemultiplexte fluorescentiesignaal voor miljoenen pixels en genereert een abstracte maar representatieve kaart van de gemultiplexte eiwitverdeling in cellen.

De onderzoekers waren dus in staat om een ​​systematisch overzicht van het cellulaire landschap te genereren:ze slaagden erin de ruimtelijke intracellulaire organisatie van de meeste zoogdierorganellen langs de celcyclus en in verschillende micro-omgevingen te visualiseren.

Vooruitgang in precisiegeneeskunde

De toepassingen voor 4i en gemultiplexte eiwitkaarten zijn talrijk, variërend van fundamenteel onderzoek tot precisiegeneeskunde. "We hopen dat 4i en gemultiplexte eiwitkaarten onderzoekers zullen helpen processen beter te begrijpen die al tientallen jaren centraal staan ​​in biologisch onderzoek, " zegt Gut. Tegelijkertijd, de onderzoekers zijn van plan deze technologieën te gebruiken om de grenzen van de precisiegeneeskunde te verleggen, vooral bij kankerdiagnose en therapieselectie.

Nieuwe methode al toegepast in tumortherapie

De nieuwe iteratieve analysemethode voor indirecte immunofluorescentiebeeldvorming (4i) kan ook worden gebruikt om de effecten van farmacologische stoffen op de organisatie en fysiologie van cellen te bepalen. Het wordt momenteel gebruikt in een translationele onderzoekssamenwerking met clinici en een farmaceutisch bedrijf met als doel de behandelingsresultaten van kankerpatiënten te verbeteren. Lucas Pelkmans, hoogleraar aan het Institute of Molecular Life Sciences aan de UZH, en zijn onderzoeksteam willen tumorcellen karakteriseren van patiënten die zijn behandeld met verschillende kankermedicatie. De wetenschappers hopen dat de laboratoriumresultaten informatie zullen opleveren ter ondersteuning van de klinische besluitvorming voor de individuele behandeling van patiënten. Bovendien, de onderzoekers zijn van plan om 4i- en multiplex-eiwitkaarten op weefselsecties van tumoren te implementeren om relevante biomarkers te identificeren en zo diagnoses en prognoses voor kankerpatiënten te verbeteren.