Glioblastoom (GBM) is de dodelijkste en meest agressieve vorm van hersenkanker. Bijna alle tumoren keren na de behandeling terug, omdat de overlevende cellen in de loop van de tijd transformeren in veerkrachtigere vormen om verdere therapieën te weerstaan. Om deze uitdaging aan te pakken, hebben wetenschappers van de Universiteit van Leeds hebben een nieuwe nanopipet met dubbele cilinder ontworpen en deze gebruikt om de trajecten van individuele levende GBM-cellen te onderzoeken terwijl ze veranderen als reactie op de behandeling.
De nanopipet bestaat uit twee nanoscopische naalden die tegelijkertijd exogene moleculen in een cel kunnen injecteren en cytoplasmamonsters kunnen extraheren. De nanopipet is geïntegreerd in een scanning ion conductance microscoop (SICM) om nanobiopsieën van levende cellen in cultuur uit te voeren. In tegenstelling tot bestaande technieken voor het bestuderen van afzonderlijke cellen, waarbij de cel doorgaans wordt vernietigd, kan de nanopipet herhaalde biopsieën van een levende cel nemen zonder deze te doden, waardoor longitudinale studies van het gedrag van een individuele cel in de loop van de tijd mogelijk worden gemaakt.
Schrijven in Wetenschap Advancesleggen de onderzoekers uit dat SICM werkt door de ionenstroom te meten tussen een elektrode in een glazen nanopipet en een referentie-elektrode ondergedompeld in een elektrolytische oplossing die de cellen bevat. Nanobiopsie wordt uitgevoerd wanneer er een ionenstroom door de nanoporie aan de punt van de nanopipet vloeit nadat er spanning tussen de twee elektroden is aangelegd. In hun nanopipet met dubbel vat fungeert één vat als een elektrochemische injectiespuit om cytoplasmatische extracties uit te voeren; de tweede bevat een waterige elektrolytoplossing die een stabiele ionenstroom levert voor nauwkeurige positionering en nano-injectie voorafgaand aan nanobiopsie.
Het semi-geautomatiseerde platform maakt extractie van femtolitervolumes cytoplasma en gelijktijdige injectie in individuele cellen mogelijk. Het platform biedt geautomatiseerde positionering van de nanopipet met behulp van feedbackcontrole (de ionenstroom daalt wanneer de nanopipet het monster nadert), terwijl detectie van bepaalde stroomsignaturen duidt op een succesvolle membraanpenetratie van een enkele cel.
Longitudinale studies
Als proof-of-concept van het vermogen van het platform voerden de onderzoekers longitudinale nanobiopsie uit van een GBM-cel (en zijn nakomelingen), waarbij genexpressieveranderingen gedurende 72 uur werden geprofileerd. Ze voerden nanobiopsie uit voorafgaand aan de therapie, tijdens de behandeling met radiotherapie en chemotherapie, en na de behandeling.
“Onze methode is robuust en reproduceerbaar, waardoor membraanpenetratie en nano-injectie in verschillende celtypen met verschillende mechanische eigenschappen mogelijk zijn”, schrijven co-hoofdonderzoekers. Lucy Stead en Paolo Actis. “Het gemiddelde succespercentage van nano-injectie is 0.89 ± 0.07. Vervolgens wordt intracellulair mRNA geëxtraheerd.”
De onderzoekers onderzochten de respons van GBM-cellen op de standaardbehandeling van 2 Gy bestraling en 30 µM temozolomide. Ze volgden de individuele cellen en hun nakomelingen visueel gedurende 72 uur, waarbij 98% gedurende deze periode in het gezichtsveld van de microscoop bleef – een belangrijke factor bij het uitvoeren van longitudinale analyses.
Op dag 1 namen de onderzoekers een biopsie, injecteerden ze met een fluorescerende kleurstof en brachten ze elke cel in beeld. Op dag 2 ontving de helft van de cellen bestraling en chemotherapie, terwijl de andere als controles dienden. Van alle cellen werd op dag 2 en 3 een beeld gemaakt, en op dag 4 werd een biopsie uitgevoerd en opnieuw geïnjecteerd.
In cellen die nanobiopten op dag 1 ondergingen, was de overleving vergelijkbaar tussen behandelde en onbehandelde cellen, en waren de celdelingssnelheden vergelijkbaar in de twee groepen. Na 72 uur overleefde 63% van de onbehandelde controlecellen (zonder biopsie), vergeleken met 25% van de behandelde, gebiopteerde cellen. Er was geen verschil in de daaropvolgende sterftecijfers van celsubtypen op dag 1, ongeacht de behandeling. Een veel groter deel van de onbehandelde cellen veranderde echter in de loop van de tijd van subtype of produceerde nakomelingen met een ander subtype dan de behandelde cellen.
“Dit suggereert dat onbehandelde cellen over een periode van drie dagen aanzienlijk meer plastisch zijn dan behandelde cellen”, schrijven de onderzoekers. “De celfenotypescores van gepaarde dag 1- en longitudinale monsters onthulden dat behandelde cellen de neiging hebben om hetzelfde fenotype te behouden tijdens de therapie, terwijl onbehandelde cellen waarschijnlijker zijn om over 72 uur van transcriptionele toestand te wisselen, wat suggereert dat de behandeling een hoge transcriptionele stabiliteit induceert of selecteert. in deze gevestigde GBM-cellijn.”
“Dit is een belangrijke doorbraak”, zegt Stead. “Het is de eerste keer dat we een technologie hebben waarmee we de veranderingen die plaatsvinden na de behandeling daadwerkelijk kunnen volgen, in plaats van er alleen maar van uit te gaan. Dit type technologie gaat een laag van begrip bieden die we voorheen nooit hadden. En dat nieuwe begrip en inzicht zal leiden tot nieuwe wapens in ons arsenaal tegen alle soorten kanker.”
Mechanische nanochirurgie valt agressieve hersenkanker aan
Het team is ervan overtuigd dat het vermogen van deze veelzijdige nanosondes om met minimale verstoring toegang te krijgen tot de intracellulaire omgeving potentieel biedt om “een revolutie teweeg te brengen in de moleculaire diagnostiek, gen- en celtherapieën”.
“Ons toekomstige werk zal zich richten op het vergroten van de doorvoer van de technologie, zodat meer cellen kunnen worden geanalyseerd”, vertelt Actis Natuurkunde wereld. “We werken aan het verbeteren van de protocollen voor het analyseren van het RNA dat uit cellen wordt geëxtraheerd, zodat meer biologische informatie kan worden verzameld. We willen ook graag meer geavanceerde biologische modellen van hersenkanker bestuderen, gebaseerd op van patiënten afkomstige cellen en organoïden.”
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/single-cell-nanobiopsy-explores-how-brain-cancer-cells-adapt-to-resist-treatment/
