Çin Bilimler Akademisi Qingdao Biyoenerji ve Biyoproses Teknolojisi Enstitüsü (QIBEBT/CAS) Tek Hücre Merkezi’ndeki araştırmacılar tarafından kurulan yeni bir platform, dünyadaki tüm yaşam formlarının temel yapı taşları olan hücrelerin dinamik metabolik özelliklerinin profilinin çıkarılmasında doğruluğu, verimi ve istikrarı artırıyor.
Araştırmacıların 4 Mart’ta Advanced Science dergisinde yayımlanan çalışmaları, bu teknolojinin bilim insanlarının bitkiler (mikroalgler), maya, E. coli gibi bakteriler ve insan kanserleri de dahil olmak üzere hücre popülasyonlarının metabolizma temelli anlık görüntülerini almalarına nasıl olanak tanıdığını açıklıyor.
Metabolik fenotiplerin (diyet, yaşam tarzı, bağırsak mikrobiyomu ve genetik gibi faktörlerden kaynaklanan özellikler) analiz edilmesi, kütle spektrometrisi ve floresan bazlı akış sitometrisi gibi analitik teknikler aracılığıyla hücresel popülasyonların derinlemesine analizini içerir.
Ancak bu yöntemler, hücrelerin floresan boyalarla etiketlenmesini ya da tamamen yok edilmesini gerektirdiğinden, daha geniş çapta kullanımını engellemiştir. Çinli araştırma ekibi, bu zorlukların üstesinden gelmek için hücreyi etiketlemeye veya yok etmeye ihtiyaç duymayan yeni ve sağlam bir flow sitometri platformu geliştirdi.
Çalışmanın yazarı ve QIBEBT Tek Hücre Merkezi’nde doçent olan Wang Xixian, “Platformun evrensel olarak uygulanabilir, yüksek verimli yapısı, Raman tabanlı flow sitometrinin metabolik fenom profilini içeren çeşitli yeni uygulamalara hizmet etmeye başlayabileceğini gösteriyor” dedi.
QIBEBT/CAS araştırma ekibi daha önceki çalışmalarında “ramanom” konseptini önermişti: Genetik olarak özdeş hücrelerden oluşan tek bir popülasyondan dinamik metabolik özelliklerin profilini çıkarmak için hızlı, düşük maliyetli, yüksek verimli bir yöntem. Bu yaklaşım, moleküllerin tanımlanabildiği yapısal parmak izleri olan tek hücreli Raman spektrumları (SCRS) koleksiyonuna dayanmaktadır. Her bir tam spektrumlu spontane SCRS (fs-SCRS), belirli bir moleküler bağ titreşimine karşılık gelen ve potansiyel olarak metabolik bir fenotipi temsil eden binlerce pik barındırır.
Çalışmayı yöneten QIBEBT Tek Hücre Merkezi’nden Prof. Ma Bo, “Bir ramanom, tek hücre çözünürlüğünde bir hücresel popülasyonun belirli bir durumu için bilgi açısından zengin bir metabolik fenom sağlar” dedi. “Ramanomlar, tüm hücre tiplerine uygulanabilen, kültürden bağımsız, etiketsiz fenomlar için yeni bir non-invaziv büyük veri türünü temsil ediyor.”
Çalışmaya göre; bu vaatlere rağmen, Raman mikroskopisi yoluyla bir ramanomun elde edilmesi, hücreler durağan olduğunda genellikle düşük verimli bir yöntemdir. Örneğin, bir mikroalgal ramanomun toplanması dört saat sürebilir ve yalnızca sığ bir örnekleme derinliği elde edilebilir.
Buna karşılık, Raman tabanlı flow sitometri (RFC) ve spontan Raman flow sitometri gibi diğer yöntemler çok daha yüksek ramanom elde etme verimi ile ilişkilidir. Bu yöntemler, yüksek arka plan paraziti seviyeleri, dar spektral aralık nedeniyle zayıf bilgi içeriği ve düşük spektral çözünürlük nedeniyle düşük hassasiyet ile sınırlıdır.
Bu sınırlamalarla mücadele etmek için QIBEBT/CAS araştırma ekibi, fs-SCRS için yüksek doğruluk, yüksek verim ve kararlı çalışma ile sağlam bir Raman tabanlı flow sitometri sistemi geliştirerek ve piyasaya sürerek ramanom teknolojisine katkı sağladı.
“Pozitif dielektroforez tabanlı Raman ile aktive edilen damlacık ayırma ile indüklenen deterministik yanal yer değiştirme tabanlı Raman akış sitometrisi” (pDEP-DLD-RFC) olarak adlandırılan yeni sistem, metabolik olarak heterojen hücre popülasyonlarının derinlemesine örneklenmesi, hızlı hareket eden hücrelerin hassas bir şekilde hapsedilmesi ve verimli spektrum alımı için lazer hedef hizalaması için sürekli çalışma süresi ile çalışma kararlılığı sağlar.
pDEP-DLD-RFC, SCRS elde etmek için bir Raman mikroskobu; tampon akışını kontrol etmek için pompalarla donatılmış bir mikroakışkan çip, tek hücreleri yakalayan ve odaklayan kuvveti üretmek için bir fonksiyon jeneratörü ve bu kuvveti kontrol etmek için bir röleden oluşur. Bu yeni teknoloji FlowRACS adı verilen cihaza entegre edilmiştir.
FlowRACS’ta yapılan ilk testler, kimyasal özgüllük ve %99.9 ayrım doğruluğunun yanı sıra yüksek profilleme hızları ve verimliliği göstermiştir.
QIBEBT Tek Hücre Merkezi’nden ortak yazar Prof. Xu Jian, “Maya, mikroalg, E. coli gibi bakteriler ve kanser hücrelerinin izojenik popülasyonları için pDEP-DLD-RFC; yüksek verimle ve hücreyi floresan problarla etiketlemeye gerek kalmadan zengin, tek hücre çözünürlüklü fenomları ortaya çıkaran derin, yüksek oranda üretilebilir ramanomlar üretir. Bu nedenle FlowRACS, doğadaki hücreleri metabolik işlevlerine göre profillemek ve sıralamak için evrensel olarak uygulanabilir bir araçtır” dedi.
pDEP-DLD-RFC ile elde edilen gelişmeler, diğer alanların yanı sıra tıbbi araştırma ve yaşam bilimlerindeki uygulamalarla hücresel sistemlerin metabolik profillemesinde geniş bir kullanım vaat etmektedir.
Araştırma ekibi gelecekteki çalışmalarında, daha küçük hücreleri daha verimli bir şekilde hizalamak, pDEP-DLD’yi yüzey-geliştirilmiş Raman saçılması ile entegre ederek elde etme süresini azaltmak, SCRS için birden fazla hücreyi paralel olarak tespit etmek için bir çizgi-odaklama stratejisi kullanmak ve tek-hücre dizileme veya yetiştirmeyi kolaylaştırmak için yöntemler araştıracak. [1]Flow cytometry tool improves methods to rapidly analyze human, plant, fungal and bacterial metabolism[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
