Forscher des Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) haben eine neue Technologie namens OPSI-System (Optical Tweezer-Assisted Pool-Screening and Single Cell Isolation) vorgeschlagen, die 99,7 % erreicht. Reinheit der Sortierung von Zielzellen, alles in Echtzeit.
Die Studie wurde veröffentlicht in Labor auf einem Chip am 29.11.
Gegenwärtige Zellsortierungsverfahren können Zellen unterschiedlicher Größe nicht effektiv sortieren und gleichzeitig ihre Lebensfähigkeit für zukünftige Tests aufrechterhalten. Im Vergleich zu den derzeit verwendeten Methoden reduziert die OPSI-Technologie die Kosten und den Ressourcenverbrauch. Es spart auch Zeit, was beim Umgang mit abnormalen Zellen oder Krankheitserregern von größter Bedeutung ist.
Stellen Sie sich eine normale Pinzette vor: Sie wird verwendet, um kleine, oft unerwünschte Objekte wie ein verirrtes Haar oder einen Splitter zu greifen. Eine optische Pinzette verwendet die gleiche Idee, aber anstelle eines Metallobjekts ist es ein hochfokussierter Laser, der das gewünschte Objekt, in diesem Fall die Zielzellen, halten, manipulieren und bewegen kann.
In der Lage zu sein, bestimmte Zellen herauszupicken oder „herauszuzwicken“, ist praktisch, wenn es um Krebs- oder andere Zielzellen und Krankheitserreger geht, die weiter untersucht werden müssen. Diese optische Pinzette wird an einem Zellpool verwendet, der in einem Mikrofluidik-Chip eingeschlossen ist, bei dem es sich normalerweise um einen Objektträger aus Glas mit in das Material eingeformten Mikrokanälen handelt. Sobald die Zielzelle identifiziert ist (normalerweise durch gezielte Fluoreszenz, Raman-Bildgebung oder Hellfeldmikroskopie), kann sie leicht in ein Mikrotröpfchen verpackt und für eine spätere Amplifikation und Analyse in einer „Ein-Zelle-Ein-Röhrchen“-Manier exportiert werden.
„Die bildbasierte Sortierung von Zielzellen in Echtzeit in einer genau indizierten Weise ist wünschenswert, um einzelne menschliche oder mikrobielle Zellen direkt aus klinischen oder Umweltproben zu sequenzieren oder zu kultivieren, jedoch ist die Vielseitigkeit bestehender Methoden begrenzt, da sie normalerweise nicht allgemein anwendbar sind alle Zellgrößen“, sagte Xu Teng, Erstautor des Artikels vom Single-Cell Center von QIBEBT.
Eine künstliche Testmischung aus grün fluoreszierendem Protein (GFP) E. coli, Nicht-GFP E. coli und Hefe wurde im Verhältnis 1:1:1 auf den Chip geladen, und schnell waren GFP-Bakterien und Hefe getrennt.
Um die Wirksamkeit dieser Methode weiter zu testen, wurde eine Mischung mit nur 0,1 % des GFP von E. coli verwendet, und die fluoreszierenden Zellen wurden leicht nachgewiesen und inmitten einer Mischung anderer Zellen unterschiedlicher Größe isoliert.
„Die präzise Isolierung und das breite Spektrum an Zellgrößen, die mit OPSI manipuliert werden können, ermöglichen nicht nur eine einfache Zielzellenerfassung, sondern können auch das zur Untersuchung der Probe erforderliche Volumen erheblich reduzieren“, sagte Co-Erstautor Li Yuandong, Ingenieur bei Single -Zellzentrum von QIBEBT. Durch das Isolieren und Einfangen der Zielzellen in Mikrotröpfchen wird auch eine hohe Qualität der Zellinformationen aufrechterhalten, wodurch mehr Gene erkannt werden können, während die erforderlichen Ressourcen minimiert werden. „Dies ist besonders wichtig, wenn es um seltene oder kleine Proben geht, die leicht vollständig in einem Test verbraucht werden können, wodurch möglicherweise nicht einmal die Qualität der Probe erhalten bleibt.“
„Durch die Nutzung der Weitfeld-Bildgebung, anstatt einzelne Zellen einzeln im fließenden Strom zu erkennen, kann die Erkennung der Zielzelle sehr schnell erfolgen“, sagte der Mitautor Prof. Xu Jian vom Single-Cell Center von QIBEBT. „OPSI erreicht auch eine Reinheit der Zielzellensortierung von >99,7 % und eine 10-fach erhöhte Geschwindigkeit von 10 bis 20 Zellen/min.“
Die Einführung einer auf künstlicher Intelligenz basierenden automatischen Erkennung in diese OPSI-Chip-Methode zusammen mit automatischen Manipulationsschritten könnte den Durchsatz weiter erhöhen und die Nutzung dieser Technologie erheblich erweitern, so Prof. Ma Bo vom Single-Cell Center von QIBEBT, der leitete die Studie.
Mehr Informationen:
Teng Xu et al, Vielseitige, einfache und kostengünstige Einzelzellisolierung, Kultur und Sequenzierung durch optisches Pinzetten-unterstütztes Pool-Screening, Labor auf einem Chip (2022). DOI: 10.1039/D2LC00888B