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La nanoimagen revela la producción de secreción celular en tiempo real

La nanoimagen revela la producción de secreción celular en tiempo real

Matriz de micropocillos de una sola celda
Matriz de micropocillos de una sola celda © BIOS EPFL

La respuesta inmunitaria, el metabolismo y la comunicación de célula a célula dependen en gran medida de las secreciones celulares, como proteínas, anticuerpos y neurotransmisores. La capacidad de predecir la cantidad de secreciones sin proporcionar ninguna información sobre cuándo y dónde se producen es un componente crítico para comprender las secreciones celulares, lo cual es esencial para crear terapias para enfermedades.

Investigadores de la Universidad de Ginebra y el Laboratorio de Sistemas Biológicos (BIOS) han creado una revolucionaria técnica de imagen óptica que proporciona una vista 4D de las secreciones celulares en el espacio y el tiempo. Pueden mapear las secreciones a medida que se forman mientras observan la forma celular y la capacidad de moverse insertando células individuales en pozos microscópicos en una oblea recubierta de oro nanoestructurada y luego produciendo un fenómeno conocido como resonancia plasmónica en la superficie de la oblea.

Los científicos dicen que su enfoque es una promesa «enorme» para el desarrollo farmacéutico y la investigación básica porque ofrece una visión precisa sin precedentes de cómo funcionan e interactúan las células. Esta tecnología permite a los científicos examinar las células individualmente con un alto rendimiento.

El componente clave de la técnica de los investigadores es un chip de nanoplasma de 1 cm2 con cientos de compartimentos para células individuales y millones de pequeños agujeros. La oblea consiste en un sustrato de oro nanoestructurado cubierto con una microred de polímero. El medio celular se coloca dentro de cada cámara para mantener la viabilidad y la salud de las células durante la obtención de imágenes.

Celda única en un chip EPFL © BIOS EPFL

Doctorado en BIOS. El estudiante y primer autor Saeed Ansarian dijo: «Las secreciones de una célula son como las palabras de una célula: se propagan dinámicamente en el tiempo y el espacio para comunicarse con otras células. Nuestra tecnología captura una gran heterogeneidad en cuanto a dónde y cuán lejos viajan estas ‘palabras'».

El haz de luz hace que los electrones del oro vibren, que es como juega el papel del plasma a nanoescala. Solo ciertas longitudes de onda pueden atravesar la nanoestructura debido a la forma en que está diseñada. El espectro cambia cuando algo en la superficie del chip, como una secreción de proteína, cambia la luz que pasa. Este cambio se convierte en diferencias en la intensidad de los píxeles utilizando un sensor de imagen CMOS (semiconductor de óxido de metal complementario) y un LED.

Ansarian dijo, «La belleza de nuestro dispositivo es que los nanoagujeros distribuidos por toda la superficie convierten cada punto en un elemento sensor. Esto nos permite monitorear patrones espaciales de proteínas editadas independientemente de la posición de la celda».

Este método permitió a los científicos echar un vistazo a dos procesos celulares esenciales, la división celular y la muerte celular, y estudiar las delicadas células B que secretan anticuerpos humanos.

La jefa de BIOS, Hatice Altug, dice: «Hemos visto la liberación del contenido celular durante dos formas de muerte celular, la apoptosis y la necrosis. En el último caso, el contenido se libera de forma asimétrica, lo que da como resultado una firma de imagen o una huella dactilar. Esto no se había mostrado antes en una sola célula». nivel.” .

Las células bajo estudio se pueden recuperar rápidamente porque el procedimiento sumerge las células en un medio de células alimentadoras y no requiere etiquetas fluorescentes tóxicas utilizadas por otros sistemas de imágenes. Como resultado, esta tecnología es prometedora para su uso en el desarrollo de fármacos, vacunas y otros tratamientos. Por ejemplo, podría usarse para ayudar a los investigadores a comprender individualmente cómo reaccionan las células a diferentes tratamientos.

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ansario Él dijoY «Debido a que la cantidad y el patrón de las secreciones producidas por una célula es un indicador para determinar su eficacia general, también podríamos imaginar aplicaciones de inmunoterapia en las que se examinan las células inmunitarias de un paciente para determinar cuáles son las más eficaces y luego se crea una colonia de esas células. .»

Referencia de la revista:

  1. Ansaryan, S., Liu, YC., Li, X. et al. Supervisión espaciotemporal de alto rendimiento de secreciones de células individuales a través de matrices de micropocillos plasmónicos. nacional biomédico dC (2023). DOI: 10.1038 / s41551-023-01017-1