Nowa era analizy pojedynczych komórek z użyciem systemów mikroprzepływowych
Mikroprzepływowe generowanie kropli może umożliwić niedoścignioną kontrolę mikrośrodowiska komórkowego, wykorzystując do tego jedynie malutkie ilości próbki. Jednakże ogromna większość urządzeń mikroprzepływowych opierających się na komórce znajduje się jeszcze w fazie eksperymentu. Dodatkowo nie istnieje system, który umożliwiałby długoterminowy wzrost komórek w dobrze kontrolowanych warunkach i pozwalałby na przeprowadzanie odtwarzalnych i sekwencyjnych operacji w sposób zautomatyzowany. Dr Linas Mazutis, w ramach finansowanego przez UE projektu BIOCELLCHIP (Integrated microfluidic system for long-term cell cultivation, monitoring and analysis), chciał opracować ultrawydajny system mikroprzepływowy pozwalający izolować i analizować pojedyncze komórki. Spośród różnych systemów mikroprzepływowych opracowanych w wyniku realizacji tego projektu, wyniki dwóch okazały się szczególnie obiecujące. Pierwszy system mikroprzepływowy stworzony w ramach projektu BIOCELLCHIP zapewnia czasoprzestrzenną kontrolę nad środowiskiem biochemicznym i fizycznym wyizolowanych komórek. Bioreaktor mikroprzepływowy wykorzystano do reprodukcji niszy szpikowej ex vivo i analizy adaptacji megakariocytu, co dało unikalną możliwość odtworzenia skomplikowanych organów na chipie. Korzystając z tego systemu, naukowcy zoptymalizowali wytwarzanie płytek z megakariocytów uzyskanych z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych. System został opatentowany i wprowadzony na rynek przez biomedyczną spółkę spinoff. Zważywszy na szczególnie wysokie zapotrzebowanie szpitali na płytki uzyskane niezależnie od dawcy, opracowany bioreaktor najprawdopodobniej z łatwością znajdzie zastosowanie w przyszłości. Drugi z systemów mikroprzepływu opracowanych w wyniku realizacji projektu BIOCELLCHIP to innowacyjna metoda jednoczesnego barcodingu i sekwencjonowania dziesiątek tysięcy pojedynczych komórek. Ta koncepcja jest oparta na masywnej równoległej izolacji pojedynczych komórek na mikroskopijne przedziały wodne (krople nanolitrowe) wraz ze barkodowanymi primerami oligonukleotydów i innymi odczynnikami chemicznymi Po uwięzieniu komórki podlegają procesowi lizy, a cząsteczki ich mRNA są oznaczane (barkodowane) w czasie reakcji transkrypcji odwrotnej, a następnie poddawane sekwencjonowaniu nowej generacji i analizie obliczeniowej. Naukowcy wykorzystali system i wykonali sekwencjonowanie ponad 10000 pojedynczych zarodkowych komórek macierzystych przy ekstremalnie niskich kosztach. Uzyskane wyniki pomogły im zidentyfikować obecność rzadkich subpopulacji, w których ekspresji ulegają markery odrębnych linii rozwojowych. Ponadto zaobserwowali, że niektóre czynniki transkrypcyjne zmieniały swoją pozycję w całej populacji komórek i były wiązane z różnymi stanami komórkowymi. Opracowany system został opatentowany i wprowadzony na rynek za pośrednictwem drugiej wyodrębnionej firmy. Podsumowując, oba systemy mikroprzepływu mają zrewolucjonizować badania biomedyczne w różnych obszarach i zapewnią wysokowydajne metody analizy kluczowych procesów komórkowych i heterogeniczności komórek z dużą dokładnością i przy niskich kosztach.
Słowa kluczowe
Technologia mikroprzepływowego generowania kropli, sekwencjonowanie pojedynczych komórek, RNA-Seq, barcoding, indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste, płytka krwi
