神経膠芽腫 (GBM) は、最も致死性が高く悪性度の高い脳腫瘍です。生き残った細胞は時間の経過とともにさらなる治療に抵抗するためにより弾力性のある形態に変化するため、ほぼすべての腫瘍が治療後に再発します。この課題に対処するために、科学者たちは リーズ大学 彼らは、新しい二重バレルのナノピペットを設計し、それを使用して、治療に反応して変化する個々の生きた GBM 細胞の軌跡を調査しました。
ナノピペットは、細胞への外因性分子の注入と細胞からの細胞質サンプルの抽出を同時に行うことができる 2 本のナノスケールの針で構成されています。ナノピペットは走査型イオンコンダクタンス顕微鏡 (SICM) に組み込まれており、培養中の生細胞のナノ生検を実行します。通常細胞を破壊する単一細胞を研究するための既存の技術とは異なり、ナノピペットは生きた細胞を殺さずに繰り返し生検することができるため、個々の細胞の挙動を長期にわたって長期的に研究することが可能になります。
書き込む 科学の進歩研究者らは、SICMはガラスナノピペットに挿入された電極と、細胞を含む電解液に浸された参照電極の間のイオン電流を測定することで機能すると説明している。ナノ生検は、2 つの電極間に電圧を印加した後、ナノピペットの先端にあるナノポアを通ってイオン電流が流れるときに実行されます。彼らのダブルバレルナノピペットでは、1 つのバレルが細胞質抽出を実行する電気化学的シリンジとして機能します。 2 番目には、ナノ生検前の正確な位置決めとナノ注入のために安定したイオン電流を提供する水性電解質溶液が含まれています。
半自動プラットフォームにより、フェムトリットル量の細胞質の抽出と個々の細胞への同時注入が可能になります。このプラットフォームは、フィードバック制御 (ナノピペットがサンプルに近づくとイオン電流が低下する) を使用してナノピペットの自動位置決めを行い、特定の電流サインの検出は単一細胞の膜透過の成功を示します。
縦断的研究
プラットフォームの機能の概念実証として、研究者らは GBM 細胞 (およびその子孫) の縦断的ナノバイオプシーを実施し、72 時間にわたる遺伝子発現の変化をプロファイリングしました。彼らは、治療前、放射線療法および化学療法による治療中、および治療後にナノ生検を実施した。
「私たちの方法は堅牢で再現性があり、異なる機械的特性を持つさまざまな細胞タイプにわたる膜貫通とナノインジェクションを可能にします」と共同主任研究者は書いている。 ルーシー・ステッド & パオロ・アクティス。 「ナノインジェクションの平均成功率は 0.89 ± 0.07 です。その後、細胞内のmRNAが抽出されます。」
研究者らは、2Gyの放射線と30μMのテモゾロミドによる標準治療に対するGBM細胞の反応を調査した。彼らは、個々の細胞とその子孫を 72 時間にわたって視覚的に追跡し、この時間枠内で 98% が顕微鏡の視野内に残りました。これは、長期的な分析を行うことを目的とする場合に重要な要素です。
1日目に研究者らは生検を行い、蛍光色素を注入して各細胞を画像化した。 2日目に、細胞の半分に放射線照射と化学療法を施し、残りの細胞を対照とした。 2 日目と 3 日目にすべての細胞を画像化し、4 日目に生検して再度注射しました。
1 日目にナノ生検を受けた細胞では、処理細胞と未処理細胞の間で生存率は同等であり、細胞分裂速度は 72 つのグループで同等でした。 63 時間後、処理された生検細胞の 25% と比較して、未処理の対照 (生検されていない) 細胞の 1% が生存しました。治療に関係なく、XNUMX日目の細胞サブタイプのその後の死亡率に差はありませんでした。しかし、未処理の細胞の方が、処理された細胞よりもはるかに多くの割合で、時間の経過とともにサブタイプが切り替わったり、異なるサブタイプの子孫が産生されたりしました。
「これは、未処理の細胞は、1日間の時間経過で処理した細胞よりも可塑性が大幅に高いことを示唆しています」と研究者らは書いている。 「ペアの72日目サンプルと長期サンプルの細胞表現型スコアから、処理された細胞は治療中に同じ表現型を維持する傾向があるのに対し、未処理の細胞はXNUMX時間にわたって転写状態が切り替わる可能性が高いことが明らかになりました。これは、治療が高い転写安定性を誘導するか選択するかのいずれかを示唆しています」この確立されたGBM細胞株では。」
「これは大きな進歩です」とステッド氏は言います。 「治療後に起こっている変化を単に想定するのではなく、実際に監視できるテクノロジーを手に入れたのはこれが初めてです。このタイプのテクノロジーは、これまで私たちが得られなかった理解の層を提供することになります。そしてその新たな理解と洞察は、あらゆる種類の癌に対する私たちの兵器庫の新たな武器につながるでしょう。」
機械的ナノ手術が進行性の脳腫瘍を攻撃する
研究チームは、最小限の混乱で細胞内環境にアクセスできるこれらの多用途ナノプローブの能力が「分子診断、遺伝子治療、細胞治療に革命をもたらす」可能性を秘めていると確信している。
「私たちの将来の研究は、より多くの細胞を分析できるように技術のスループットを向上させることに焦点を当てます」とアクティス氏は語ります。 物理学の世界。 「私たちは、より多くの生物学的情報を収集できるように、細胞から抽出したRNAを分析するプロトコルの改善に取り組んでいます。私たちはまた、患者由来の細胞やオルガノイドに基づいた脳腫瘍のより高度な生物学的モデルの研究にも非常に熱心に取り組んでいます。」
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- 情報源： https://physicsworld.com/a/single-cell-nanobiopsy-explores-how-brain-cancer-cells-adapt-to-resist-treatment/
