Glioblastom (GBM) är den dödligaste och mest aggressiva formen av hjärncancer. Nästan alla tumörer återkommer efter behandling, eftersom överlevande celler omvandlas till mer motståndskraftiga former med tiden för att motstå ytterligare terapier. För att ta itu med denna utmaning, forskare vid University of Leeds har designat en ny dubbelrörlig nanopipett och använt den för att undersöka banorna för enskilda levande GBM-celler när de förändras som svar på behandling.
Nanopipetten består av två nanoskopiska nålar som samtidigt kan injicera exogena molekyler i och extrahera cytoplasmaprover från en cell. Nanopipetten är integrerad i ett skannande jonkonduktansmikroskop (SICM) för att utföra nanobiopsier av levande celler i kultur. Till skillnad från befintliga tekniker för att studera enstaka celler, som vanligtvis förstör cellen, kan nanopipetten ta upprepade biopsier av en levande cell utan att döda den, vilket möjliggör longitudinella studier av en enskild cells beteende över tid.
Skriva i Vetenskap Förskott, förklarar forskarna att SICM fungerar genom att mäta jonströmmen mellan en elektrod som är insatt i en nanopipett av glas och en referenselektrod nedsänkt i en elektrolytisk lösning som innehåller cellerna. Nanobiopsi utförs när en jonström flyter genom nanoporen vid spetsen av nanopipetten efter att ha anbringat en spänning mellan de två elektroderna. I deras nanopipett med dubbla fat fungerar ett fat som en elektrokemisk spruta för att utföra cytoplasmatiska extraktioner; den andra innehåller en vattenhaltig elektrolytlösning som ger en stabil jonström för exakt positionering och nanoinjektion före nanobiopsi.
Den halvautomatiska plattformen möjliggör extraktion av femtolitervolymer av cytoplasma och samtidig injektion i enskilda celler. Plattformen tillhandahåller automatisk positionering av nanopipetten med hjälp av återkopplingskontroll (jonströmmen sjunker när nanopipetten närmar sig provet), medan detektion av särskilda strömsignaturer indikerar framgångsrik membranpenetrering av en enda cell.
Longitudinella studier
Som ett bevis på plattformens förmåga genomförde forskarna longitudinell nanobiopsi av en GBM-cell (och dess avkomma), och profilerade genuttrycksförändringar under 72 timmar. De utförde nanobiopsi före terapi, under behandling med strålbehandling och kemoterapi och efter behandling.
"Vår metod är robust och reproducerbar, vilket tillåter membranpenetrering och nanoinjektion över olika celltyper med distinkta mekaniska egenskaper", skriver medansvariga utredare Lucy Stead och Paolo Actis. "Den genomsnittliga framgångsgraden för nanoinjektion är 0.89 ± 0.07. Intracellulärt mRNA extraheras sedan."
Forskarna undersökte svaret från GBM-celler på standardbehandlingen av 2 Gy strålning och 30 µM temozolomid. De spårade visuellt enskilda celler och deras avkomma under 72 timmar, med 98 % kvar i mikroskopets synfält under denna tidsram – en viktig faktor när man siktar på att utföra longitudinell analys.
På dag 1 biopsierade forskarna, injicerades med ett fluorescerande färgämne och avbildade varje cell. På dag 2 fick hälften av cellerna bestrålning och kemoterapi, medan de andra fungerade som kontroller. Alla celler avbildades på dag 2 och 3 och biopsierades och injicerades igen på dag 4.
I celler som genomgick dag-1 nanobiopsier var överlevnaden likartad mellan behandlade och obehandlade celler, och celldelningshastigheterna var jämförbara i de två grupperna. Efter 72 timmar överlevde 63 % av de obehandlade kontrollcellerna (ej biopsierade) jämfört med 25 % av de behandlade, biopsierade cellerna. Det fanns ingen skillnad i de efterföljande dödstalen för cellsubtyper vid dag 1, oavsett behandling. En mycket större andel obehandlade celler bytte dock subtyp med tiden, eller producerade avkomma med en annan subtyp, än de behandlade cellerna.
"Detta tyder på att obehandlade celler är betydligt mer plastiska under den tre dagar långa kursen än behandlade celler", skriver forskarna. "Cellfenotyppoängen för parade dag 1 och longitudinella prover avslöjade att behandlade celler tenderar att bibehålla samma fenotyp under behandlingen, medan obehandlade celler är mer benägna att byta transkriptionstillstånd under 72 timmar, vilket tyder på att behandlingen antingen inducerar eller väljer hög transkriptionsstabilitet i denna etablerade GBM-cellinje."
"Detta är ett betydande genombrott", säger Stead. "Det är första gången som vi har en teknik där vi faktiskt kan övervaka de förändringar som sker efter behandlingen, snarare än att bara anta dem. Den här typen av teknik kommer att ge ett lager av förståelse som vi helt enkelt aldrig haft tidigare. Och den nya förståelsen och insikten kommer att leda till nya vapen i vårt arsenal mot alla typer av cancer.”
Mekanisk nanokirurgi angriper aggressiv hjärncancer
Teamet är övertygat om att förmågan hos dessa mångsidiga nanosonder att komma åt den intracellulära miljön med minimala störningar har potential att "revolutionera molekylär diagnostik, gen- och cellterapier".
"Vårt framtida arbete kommer att fokusera på att öka genomströmningen av tekniken så att fler celler kan analyseras", säger Actis Fysikvärlden. "Vi arbetar med att förbättra protokollen för att analysera RNA som extraherats från celler så att mer biologisk information kan samlas in. Vi är också mycket angelägna om att studera mer avancerade biologiska modeller av hjärncancer baserade på patienthärledda celler och organoider."
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/single-cell-nanobiopsy-explores-how-brain-cancer-cells-adapt-to-resist-treatment/
