通过悬浮对细胞进行分类

看起来像是一排漂移的胶基糖,可以为临床研究人员和工作台科学家提供丰富的信息。 一组生物工程师和遗传学家设计了一种装置,可以在磁铁之间悬挂单个活细胞,并根据浮子的高度来测量其密度。 这样的测量可以用于分类不同类型的细胞 - 例如将癌细胞与健康细胞区分开来 - 或者测量当暴露于药物时细胞如何变化。

今天在线发表在“ 美国国家科学院院刊”上的这种方法的演示是“非常神奇的东西,如果真的可以改变很多事情,”大学的癌症生物学家John Minna说。达拉斯的德克萨斯州西南医疗中心。

研究人员之前曾使用磁铁漂浮整个生物,例如活蛙 - 这 ,为其作者赢得了诺贝尔奖。 “每种材料,自然界中的每个细胞都具有磁化率,”加州帕洛阿尔托斯坦福大学生物工程师Utkan Demirci解释道。 但是他和他的同事正在寻找使用磁铁来操纵和组装微小组织的新方法 - 他说,这是一项更为艰难的壮举,因为对于小于20微米的物体,“磁力大幅下降,以至于它不能“提升自身的重力。”另一种常见的悬浮方法是用氧化铁颗粒填充物体。 但这对活细胞有害。

为了解决这个问题,Demirci的小组并没有摆弄细胞本身的磁性,而是摆弄着它们周围的媒介。 研究人员在两个长而细的磁铁之间创造了一个狭窄,充满液体的通道,大小与牙签大小相当。 他们用钆颗粒填充液体,钆是一种高磁性的稀土金属,有时会给患者提供MRI以增加对比度。 磁场成形为向下拉钆,使金属颗粒向上推动细胞,产生浮力,就像漂浮在船上的浮力一样。

这意味着细胞悬浮的高度取决于其密度。 与钆介质完全一样密集的细胞将在通道中间盘旋,但密度较高的细胞会略微下沉。 通过沿着通道将镜子反射光线放入显微镜,研究人员可以实时观察悬浮细胞。

研究人员随后观察到不同类型的细胞悬浮在独特的高度。 例如,癌细胞漂浮在更致密的血细胞上方,这可以使临床医生在患者样本中发现罕见的循环肿瘤细胞。 该装置还可以区分红细胞和白细胞,这意味着它可以用于检测低白细胞计数 - 化疗的常见并发症和患者易感染的迹象。

用于分选细胞的传统方法依赖于荧光分子标签,其设计为粘附于某些类型细胞上存在的表面蛋白质而不存在于其他细胞上。 加州大学河滨分校的生物工程师Will Grover说,按密度分类是一种诱人的选择,他没有参与新工作。 首先,它可能比设计独特的标签简单得多。 “密度是免费的,”格罗弗说。 “你不需要对细胞做任何事情。”

该技术还可以带来更可靠的诊断测试。 癌细胞是如此多样化,以至于某些癌细胞可能不具有分子标记所附着的抗体。 而这些错误可能导致假阳性和假阴性结果。 悬浮细胞的舞蹈也可以传递有关药物运作情况的信息。 当细胞死亡时,其多孔膜中的通道会使周围的液体进入,增加其密度并使其下沉到腔室的底部。 Demirci说,研究人员可以确定哪种细胞 - 来自肿瘤或细菌菌株 - 在药物治疗中存活并进一步研究,这是当前培养和染色测试无法实现的。

Grover指出,悬浮是远远不是测量细胞密度的唯一方法,他开发了一种不同的技术,通过将单个活细胞粘在微小的谐振器上并测量其振动的变化来称重它。 Grover说,这种方法一次可以测量一个单元,因此新的磁平台可能有利于扩大流程。 到目前为止,设置可以达到每小时约3000个单元。 但Grover指出,荧光标记细胞的现有技术可以在一小时内完成数百万次。 细胞也可以用离心机粗分选。 但该技术无法分辨出单个细胞的密度或观察到实时密度变化。

研究人员正在努力测试其设备灵敏度的极限,并确定可以可靠地区分多少细胞株。 他们还开发了一种附加到手机相机的版本,作为快速便携的诊断测试。