Een betere diagnose en behandeling van kanker zou kunnen afhangen van het vermogen om een ​​enkele cel op moleculair niveau beter te begrijpen. Nieuw onderzoek biedt een uitgebreidere manier om het unieke gedrag van één cel te analyseren, een reeks kleuren gebruiken om patronen weer te geven die kunnen aangeven waarom een ​​cel wel of niet kanker zal worden.

Een team van de Universiteit van Washington heeft een nieuwe methode ontwikkeld voor kleurcodering van cellen waarmee ze 100 biomarkers kunnen verlichten, een tienvoudige stijging ten opzichte van de huidige onderzoeksstandaard, om individuele cellen uit culturen of weefselbiopten te helpen analyseren. Het werk is deze week (19 maart) gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"Het ontdekken van dit proces is een ongekende doorbraak voor het veld, " zei corresponderende auteur Xiaohu Gao, een UW universitair hoofddocent bio-engineering. "Deze technologie opent spannende mogelijkheden voor eencellige analyse en klinische diagnose."

Het onderzoek bouwt voort op de huidige methoden die een kleinere reeks kleuren gebruiken om de biomarkers van een cel aan te duiden - kenmerken die wijzen op een speciale, en mogelijk abnormaal of ziek, cel. Ideaal, wetenschappers zouden kunnen testen op een groot aantal biomarkers, vertrouw vervolgens op de patronen die uit die tests naar voren komen om de eigenschappen van een cel te begrijpen.

Het UW-onderzoeksteam heeft een cyclusproces ontwikkeld waarmee wetenschappers tot 100 biomarkers in een enkele cel kunnen testen. Voordat, onderzoekers konden slechts voor 10 tegelijk testen.

De analyse maakt gebruik van kwantumdots, dat zijn fluorescerende ballen van halfgeleidermateriaal. Quantum dots zijn de kleinere versie van het materiaal dat in veel elektronica wordt aangetroffen, inclusief smartphones en radio's. Deze kwantumdots zijn tussen de 2 en 6 nanometer in diameter, en ze variëren in de kleur die ze uitstralen, afhankelijk van hun grootte.

Cyclisch testen is nog niet eerder gedaan, hoewel veel kwantumdot-papieren hebben geprobeerd het aantal biomarkers dat in een enkele cel is getest, uit te breiden. Deze methode hergebruikt in wezen hetzelfde weefselmonster, testen op biomarkers in groepen van 10 in elke ronde.

"Eiwitten zijn de bouwstenen voor celfunctie en celgedrag, maar hun samenstelling in een cel is zeer complex, " zei Gao. "Je moet naar een aantal indicatoren (biomarkers) kijken om te weten wat er aan de hand is."

Het nieuwe proces werkt als volgt:Gao en zijn team kopen antilichamen waarvan bekend is dat ze binden aan de specifieke biomarkers waarop ze in een cel willen testen. Ze koppelen kwantumdots met de antilichamen in een vloeibare oplossing, injecteren op een weefselmonster. Vervolgens, ze zoeken met een microscoop naar de aanwezigheid van fluorescerende kleuren in de cel. Als ze bepaalde kwantumstipkleuren in het weefselmonster zien, ze weten dat de overeenkomstige biomarker in de cel aanwezig is.

Na het voltooien van een cyclus, Gao en co-auteur Pavel Zrazhevskiy, een UW-doctoraatsstudent bio-ingenieurswetenschappen, een vloeistof met een lage pH in het celweefsel injecteren die de kleurfluorescentie neutraliseert, in wezen het monster schoonvegen voor de volgende ronde. Opmerkelijk, het weefselmonster degradeert helemaal niet, zelfs niet na 10 van dergelijke cycli, zei Gao.

Voor kankeronderzoek en -behandeling, vooral, het is belangrijk om naar een enkele cel met een hoge resolutie te kunnen kijken om de details ervan te onderzoeken. Bijvoorbeeld, als 99 procent van de kankercellen in het lichaam van een persoon reageert op een behandelingsmedicijn, maar 1 procent niet, het is belangrijk om de moleculaire samenstelling van die 1 procent die anders reageert te analyseren en te begrijpen.

"Als je behandelt met veelbelovende medicijnen, er zijn nog een paar cellen die meestal niet reageren op de behandeling, "zei Gao. "Ze zien er hetzelfde uit, maar je hebt geen tool om naar hun eiwitbouwstenen te kijken. Dit zal ons echt helpen nieuwe medicijnen en behandelmethoden te ontwikkelen."

Het proces is relatief goedkoop en eenvoudig, en Gao hoopt dat de procedure kan worden geautomatiseerd. Hij ziet een kamer voor het weefselmonster, en draaddunne pompen om vloeistof tussen cycli te injecteren en uit te zuigen. Een microscoop onder de kamer zou tijdens elke fase foto's maken. Alle afbeeldingen zouden worden gekwantificeerd op een computer, waar wetenschappers en artsen konden kijken naar de intensiteit en prevalentie van kleuren.

Gao hoopt samen te werken met bedrijven en andere onderzoekers om te evolueren naar een geautomatiseerd proces en klinisch gebruik.

"De technologie is klaar, " zei Gao. "Nu het is ontwikkeld, we zijn klaar voor klinische effecten, met name op het gebied van systeembiologie, oncologie en pathologie."