Al bijna 40 jaar gebruiken medicijnfabrikanten genetisch gemanipuleerde cellen als kleine medicijnfabriekjes. Dergelijke cellen kunnen worden geprogrammeerd om verbindingen af ​​te scheiden die geneesmiddelen opleveren die worden gebruikt om kanker en auto-immuunziekten zoals artritis te behandelen.

Pogingen om nieuwe biologische behandelingen te ontwikkelen en te produceren, kunnen baat hebben bij een nieuwe technologie voor het snel sorteren van afzonderlijke, levende cellen in een standaard laboratoriumopstelling. Met microscopisch kleine, komvormige hydrogelcontainers die 'nanovials' worden genoemd, heeft een door de UCLA geleid onderzoeksteam onlangs het vermogen aangetoond om cellen te selecteren op basis van welk type ze zijn en welke verbindingen - en hoeveel van die verbindingen - ze afscheiden. De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano .

De technologie zou ook fundamenteel biologisch onderzoek vooruit kunnen helpen.

"Met deze technologie kan de wetenschappelijke gemeenschap nieuwe inzichten ontdekken in belangrijke biologische processen die een groot deel van onze eiwitcoderende genen vertegenwoordigen", zegt Dino Di Carlo, de corresponderende auteur van de studie en de Armond en Elena Hairapetian Professor of Engineering and Medicine aan de UCLA Samueli School of Engineering. "Ik beschouw de enkele cel als de kwantumlimiet van de biologie. Het nanoviale is de evolutie van de petrischaal naar die fundamentele limiet van één cel."

Di Carlo, die ook lid is van het California NanoSystems Institute aan de UCLA en het UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center, zei dat het gebruik van nanovials wetenschappers helpt de beperkingen van andere instrumenten voor het meten van celsecreties te overwinnen.

De meer gebruikelijke techniek maakt gebruik van een raster van kleine plastic containers die een microwell-plaat worden genoemd, maar die benadering mist het vermogen van de nanovial om afzonderlijke cellen te sorteren, en de huidige technologie vereist meestal weken voordat er voldoende cellen groeien om afscheidingen te kunnen detecteren. Het andere alternatief is een instrument van miljoenen dollars, gevonden in slechts enkele tientallen laboratoria wereldwijd, dat de afscheiding van ongeveer 10.000 cellen per experiment meet en levende cellen kan sorteren.

In vergelijking met dat instrument kunnen nanoflesjes worden gebruikt om veel grotere screenings uit te voeren - in de miljoenen cellen - tegen een kleine fractie van de relatieve kosten - minder dan één cent per cel, tegenover $ 1 of meer per cel met de huidige standaard.

Nanovials zijn zo klein dat er 20 miljoen van nodig zijn om een ​​theelepel te vullen. Ze zijn aangepast om specifieke soorten cellen vast te leggen en kunnen worden aangevuld met moleculen die zich hechten aan de afscheidingen van een cel en gloeien onder gekleurd licht. Omdat nanoflesjes zijn gemaakt van een hydrogel - een polymeer dat bijna 20 keer zijn massa in water vasthoudt - bieden ze een vochtige omgeving die relatief lijkt op de natuurlijke huizen van cellen.

In de studie onderzochten onderzoekers cellen die waren ontworpen om een ​​bepaald antilichaamgeneesmiddel af te scheiden. Met behulp van nanovials en een algemeen analytisch apparaat, een flowcytometer genaamd, selecteerden ze cellen die het meeste van dat antilichaam afscheidden, en groeiden die cellen vervolgens uit tot kolonies die meer dan 25% meer van het medicijn produceerden dan kolonies die niet speciaal waren geselecteerd.

Het vermogen om antilichaamgeneesmiddelen met die verhoogde efficiëntie te produceren, zou de kosten van de productie van geneesmiddelen met een vergelijkbaar percentage kunnen verlagen, zei Di Carlo.

De wetenschappers toonden ook aan dat ze zeldzame antilichaam-afscheidende cellen konden uitkiezen die specifiek aan een doelmolecuul bonden, en de DNA-sequentie-informatie van het uitgescheiden antilichaam konden identificeren. Dat experiment, een belangrijk onderdeel van het ontdekken van nieuwe antilichaamgeneesmiddelen, duurde een dag; traditionele methoden zouden weken duren.

De onderzoekers gebruiken momenteel nanovials om immuuncellen te bestuderen, T-cellen genaamd, die worden gebruikt in celtherapieën, en om weinig begrepen biologische fenomenen te onderzoeken. Nanotechnologie vormt ook de basis voor een startend bedrijf, Partillion Bioscience, dat is gebaseerd op de UCLA-campus in de Magnify-incubator van CNSI.

"We zijn verheugd om de impact te zien die nanovials zullen hebben voor biologisch onderzoek nu ze voor iedereen beschikbaar zijn", zegt Joseph de Rutte, de co-eerste auteur van het artikel, die in 2020 een doctoraat behaalde aan de UCLA en een co- oprichter en voorzitter van Partillion.

Robert Dimatteo, die in 2021 aan de UCLA promoveerde, is de andere co-eerste auteur van de krant. Andere co-auteurs van de UCLA zijn Maani Archang, Sohyung Lee en Kyung Ha, die onlangs zijn gepromoveerd; huidige promovendi Mark van Zee, Doyeon Koo, Michael Mellody en Shreya Udani; assistent projectwetenschapper Allison Sharrow; James Eichenbaum, die onlangs een bachelordiploma heeft behaald; en professoren Andrea Bertozzi en Robert Damoiseaux. Andere auteurs zijn van de Johns Hopkins University en de University of Houston. + Verder verkennen

Nieuwe methode voor het maken van microdeeltjes zou de ontwikkeling van geneesmiddelen en de productie van nieuwe celstammen kunnen versnellen