Indlejrede nanobrønde fremskynder enkeltcelleundersøgelser

Forskere, der sporer kræftsvulstcellers adfærd, har et nyt værktøj i deres arsenal, der kan behandle 10 gange antallet af celler på en dag. En ny indlejret nanoPOTS-chip, udviklet ved Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), blev rapporteret den 29. oktober i tidsskriftet Nature Communications .

Den analytiske kemiker Ying Zhu og hans kolleger beskrev nanoPOTS-teknologien første gang i 2018. NanoPOTS står for Nanodroplet Processing in One pot for Trace Samples, og det er en metode til at analysere hundredvis af proteiner i individuelle celler på samme tid.

"Individuelle celler arbejder sammen. Evnen til at analysere proteiner i hver celle er nøglen til at få detaljerede oplysninger om hver celles biologiske rolle," sagde Zhu. "Derfra kan vi begynde at kortlægge, hvordan celler arbejder sammen i væv og organer." Zhu har arbejdet på et team med kolleger ved Environmental Molecular Sciences Laboratory, eller EMSL, en Department of Energy Office of Science brugerfacilitet beliggende på PNNL, for at bruge nanoPOTS til at studere proteiner i celler i muselivmodervæv.

Ni nanobrønde pr. rede

Udfordringen for enkeltcellet proteomik-metoden er at håndtere de små mængder proteinindhold i en enkelt celle. Ethvert protein er vigtigt under prøveforberedelse og analyse.

Hver prøve analyseres derefter ved hjælp af en præcis molekylær identifikationsteknik kaldet massespektrometri. Denne tilgang bruger ekstremt små prøver:mere end 250 enkeltcelleprøver fra en nanoPOTS-chip kan passe i en dråbe vand.

Den originale nanoPOTS-teknologi indesluttede prøver i individuelle nanobrønde organiseret i et gitter på chippen. Denne tilgang reducerede prøvetabet med mere end 99 procent sammenlignet med andre teknologier på det tidspunkt.

Som beskrevet i Nature Communications , designet af den nye nanoPOTS-chip, kaldet N2, øger i høj grad antallet af brønde pr. chip til 243 nanobrønde på en chip. Grupper på ni nanobrønde er indlejret i hver af 27 klynger på tværs af chippen.

Med N2-chippen analyserede Zhu og hans kolleger omkring 100 individuelle museceller afledt af lungen, immunsystemet og aksillær lymfeknudekar. De kvantificerede omkring 1.500 proteiner i hver enkelt celle og brugte denne information til at klassificere celler baseret på proteinoverflod.

"Vi arbejder også på at gøre denne teknologi nem for andre laboratorier at bruge," sagde Zhu. N2-chippen kan fremstilles i et standard renrum, og vi brugte et kommercielt enkeltcellet isoleringssystem til væskehåndtering i stedet for et specialbygget system som før."

PNNL licenserede for nylig nanoPOTS-teknologierne til bioteknologiselskaberne SCIENION og Cellenion. Cellenion laver det enkeltcellede isoleringssystem, som Zhu og hans kolleger brugte sammen med N2-chippen.

"Målet med dette partnerskab er at kombinere kommercielle præcisionsvæskehåndteringssystemer med nanoPOTS-platformen for at udvikle et effektivt system til prøveforberedelse til enkeltcellet massespektrometri-baseret proteomik," sagde PNNL kommercialiseringschef Jennifer Lee. + Udforsk yderligere

Ny teknologi identificerer konsekvent proteiner fra et dusin celler