Tecnologia Científica

Os cientistas agora podem colher conteúdos de células individuais de seu ambiente local
A nova ferramenta permitirá um estudo mais profundo de células-tronco e outros tipos de células raros para o desenvolvimento de terapia.
Por Universidade de Toronto - 11/11/2020


Um chip microfluídico com gotas individuais mostradas em cores diferentes. Cada gota contém material de uma única célula e o entrega para análises ômicas de uma única célula. Crédito: Wheeler lab

Os cientistas agora podem selecionar células individuais de uma população que cresce na superfície de uma placa de laboratório e estudar seu conteúdo molecular. Desenvolvida por pesquisadores da Universidade de Toronto, a nova ferramenta permitirá um estudo mais profundo de células-tronco e outros tipos de células raros para o desenvolvimento de terapia.

O método é o primeiro a casar a microscopia celular com as plataformas ômicas para vincular à sua composição molecular os parâmetros físicos das células visíveis a olho nu, como a aparência, a presença de marcadores de superfície ou contatos célula-célula .

"Damos ao usuário o poder de obter belas imagens de microscopia de fluorescência para aprender tudo o que pode ser aprendido sobre o crescimento de células in situ e, em seguida, conectar essas informações com o genoma, transcriptoma e proteoma da célula", diz Aaron Wheeler, professor de química e biomédica engenheiros do Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, que liderou o trabalho.

A plataforma é descrita em um artigo publicado hoje na revista Nature Communications .

Batizado de DISCO, de Isolamento microfluídico digital de células individuais para -Omics, o método permite aos pesquisadores selecionar células únicas em seu ambiente local e analisar seu conteúdo com as tecnologias de sequenciamento de DNA e proteínas para ler o DNA da célula (genoma), o RNA dos genes transcritos (transcriptoma) e moléculas de proteína (proteoma).

O aumento das análises de uma única célula nos últimos cinco anos permitiu aos pesquisadores medir dezenas de milhares de moléculas em cada célula, transformando sua capacidade de estudar tecidos e órgãos em um nível granular. Mas essas abordagens perdem informações importantes sobre as características físicas das células e o ambiente local porque as células devem ser colocadas em suspensão e separadas umas das outras antes da análise.

"Nossa plataforma se concentra nos metadados que você perde quando faz a suspensão de uma única célula, coisas como a posição da célula, quais eram suas propriedades morfológicas, quem eram seus vizinhos? Essas são todas as coisas que podemos capturar antes de fazer o sequenciamento de uma única célula, "

Erica Scott

"Há uma revolução acontecendo agora com ômicas de célula única", disse Wheeler, que é o Canadá Research Chair in Microfluidic Bioanalysis. "Mas eu encontrei pessoas que ficaram desapontadas porque não foram capazes de capturar informações fenotípicas sobre a célula em seu ambiente in situ."

"E eu pensei que poderíamos encontrar uma maneira de selecionar células específicas dessa população e analisá-las", diz ele.

O DISCO é composto por um microscópio equipado com um laser de alta frequência e um chip microfluídico para coleta de material celular. O microscópio permite ao usuário obter imagens detalhadas da célula-alvo antes de direcionar o laser sobre ela. A energia do laser faz com que uma pequena bolha se forme e estale na proximidade da célula, rompendo sua membrana e lançando seu conteúdo em uma gota no chip microfluídico, de onde é recuperado para sequenciamento molecular.
 
"Nossa plataforma se concentra nos metadados que você perde quando faz a suspensão de uma única célula, coisas como a posição da célula, quais eram suas propriedades morfológicas, quem eram seus vizinhos? Essas são todas as coisas que podemos capturar antes de fazer o sequenciamento de uma única célula, "diz Erica Scott, um pós-doutorado no laboratório que liderou o trabalho junto com dois Ph.D. alunos do laboratório, Julian Lamanna e Harrison Edwards.

“Até onde sabemos, esta é a única plataforma que pode levar células em cultura e fazer esse tipo de coisa”, diz ela.

Em experimentos de prova de princípio, os pesquisadores demonstraram a capacidade do DISCO de relacionar fielmente os dados ômicos a células cancerosas do cérebro de humanos e ratos individuais que foram cultivadas lado a lado.

Mas as descobertas também evidenciaram a extensão em que os contatos entre as células podem influenciar seus estados moleculares. A expressão de impressionantes 5.000 genes de camundongo - cerca de um quinto do genoma - foi alterada em células individuais de camundongo que haviam sido cercadas por células humanas em vez de seus próprios parentes.

As descobertas podem ter implicações importantes para muitos laboratórios que buscam obter uma melhor compreensão do tecido humano saudável e doente, como tumores, cultivando-os em camundongos para que possam ser estudados em um ambiente de corpo inteiro. Se a expressão do gene for afetada de forma semelhante no enxerto humano, essas mudanças podem ter ramificações para o desenvolvimento do tratamento, disse Wheeler.

Felizmente, o DISCO pode em breve oferecer uma janela para as células em seu ambiente natural, enquanto os pesquisadores estão trabalhando para adaptá-lo à análise de fatias de tecido. Seu objetivo final é aplicar DISCO ao estudo de tipos de células raros, como células- tronco , cujo potencial regenerativo é em grande parte regulado por seu ambiente imediato, para ajudar no avanço de novas terapias.

 

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