과학자들은 전기장을 사용하여 단일 세포를 분리하는 새로운 방법 및 장치를 개발합니다.

과학자들은 전기장을 사용하여 단일 세포를 분리하는 새로운 방법 및 장치를 개발합니다.
날짜:
2022년 7월 14일
원천:
브라운 대학교
요약:
기존의 방법보다 더 효과적이고 효율적인 새로운 프로세스는 암 진단 및 다른 연구 분야에 상당한 영향을 미칠 가능성이 있습니다.

암 연구에서 모든 것은 단일 세포로 귀결됩니다.

지난 10년 동안 암 연구자들은 종양의 개별 세포를 사용하여 암이 어떻게 발달했는지, 어떻게 퍼지고 어떻게 표적화될 수 있는지에 대한 중요한 단서를 나타내는 분자 분석을 수행할 수 있다는 사실에 주목했습니다.

이를 염두에 두고 Brown University의 연구원 팀은 복잡한 조직에서 단일 세포를 분리하는 고급 방법을 개발했습니다. Scientific Reports 에 발표된 연구에서 그들은 이 접근 방식이 고품질의 손상되지 않은 단일 세포를 생성할 뿐만 아니라 노동, 비용 및 효율성 측면에서 표준 분리 방법보다 우수한 방법을 보여줍니다.

연구 저자이자 Brown의 생물의학 공학 책임자인 Anubhav Tripathi는 "연구자들이 생검된 암 조직에서 세포를 더 빠르고 쉽게 분리하여 분석을 준비할 수 있도록 하는 기술을 개발하는 것이 과제였습니다.

Tripathi는 "기술적 관점에서 현재 시장에서 이와 같은 제품은 없습니다. "이 기술은 유전체학, 단백질체학, 전사체학을 사용하여 답을 찾는 사람들에게 유용할 것입니다. 진단 및 치료 조사를 더 쉽게 할 뿐만 아니라 연구원의 시간과 노력을 절약할 것입니다."

Tripathi는 임상 적용을 넘어 이 기술이 조직 공학 및 세포 배양과 같은 생물 의학 응용 분야에 유용할 것이라고 덧붙였습니다.

단일 세포 분석에서는 고급 시퀀싱 기술을 사용하여 개별 세포의 유전 프로필을 얻습니다. 이는 희귀 돌연변이가 전이 및 치료 반응 결과를 이끌어낼 수 있는 암 조직에 특히 적용됩니다. 단일 세포 분석의 임상 번역의 주요 한계는 복잡한 조직에서 단일 세포를 분리하는 것이 어렵다고 공동 저자인 브라운 대학의 신경외과 및 신경과학 부교수인 Nikos Tapinos가 말했습니다.

Tapinos는 뇌종양의 예를 사용하여 일반적인 작업 흐름을 설명했습니다. 종양의 일부는 수술실에서 제거되어 실험실로 가져옵니다. 그곳에서 연구자들은 효소가 포함된 프로세스를 사용하여 대량 조직 샘플에서 핵산을 추출한 다음 대량으로 유전자 시퀀싱을 수행합니다.

이 과정은 저해상도, 잠재적으로 부정확한 유전 판독 및 희귀 세포 유형의 열악한 검출을 초래한다고 Tapinos는 말했습니다. 그는 환자의 오진 가능성을 포함하여 이러한 정보의 손실로 인한 결과가 심오할 수 있으며 환자에게서 종양이 제거되고 세포가 RNA 시퀀싱을 위해 준비되는 시간 사이에 상당한 지연이 발생할 수 있다고 지적했습니다.

Tapinos는 " 환자로부터 조직을 제거하고 몇 분 안에 RNA를 분리할 수 있는 생존 가능하고 건강한 단일 세포를 생성할 수 있는 기술이 엄청나게 필요합니다 . "라고 말했습니다. "그것이 바로 이 새로운 프로세스가 하는 일입니다."

효소보다 전기의 장점

새로운 과정에서 조직 생검은 두 개의 평행판 전극 사이의 액체로 채워진 용기에 배치됩니다. 효소 대신 전기장 변동이 적용되어 액체 내에서 반대되는 힘을 생성합니다. 이러한 힘으로 인해 조직 세포가 한 방향으로 이동한 다음 반대 방향으로 이동하여 서로 깨끗하게 분리되거나 분리됩니다.

이 접근 방식은 연구 저자인 4년차 Brown Ph.D.인 Cel Welch가 발명했습니다. Tripathi의 연구실에서 생의학 공학 후보.

"Tripathi 박사는 전기장과 미세 유체를 사용하여 그의 연구실에서 많은 작업을 수행했습니다."라고 Welch는 말했습니다. "전기장이 다른 진단 응용 분야에서 어떻게 사용될 수 있는지 확인한 후, 우리는 이전에 한 번도 해보지 않은 전기장으로 독특한 것을 할 수 있다는 아이디어를 얻었습니다. 생물학적 입자 조작에 대한 기존 연구를 기반으로 우리는 가설을 세웠습니다. 이것이 어떻게 작동하는지에 대해."

이 새로운 프로세스는 생검 조직의 해리를 5분 만에 달성했습니다. 이는 이전 연구에서 Tripathi와 Welch가 설명한 주요 효소 및 기계 기술보다 3배 빠른 속도입니다.

이 접근법은 또한 "세포 생존, 형태 및 세포 주기 진행을 보존하면서 조직을 단일 세포로 잘 해리시켜 직접적인 단일 세포 분석을 위한 조직 표본의 샘플 준비에 대한 유용성을 시사한다"고 연구는 결론지었습니다.

연구원에 따르면 새로운 접근 방식은 화학적 및 기계적 해리를 동시에 사용하는 가장 최적화된 기술보다 최소 300% 더 효과적입니다.

Welch는 이 프로세스의 또 다른 장점은 그들이 만든 장치의 소형화라고 말했습니다. 단일 세포 샘플 준비에는 단일 장치만 필요합니다."

연구팀은 University의 기술 이전 사무소인 Brown Technology Innovations의 도움으로 장치 및 관련 방법론에 대한 미국 및 글로벌 특허를 모두 신청했습니다.

연구에 사용된 샘플은 소 간 조직, 삼중 음성 유방암 세포 및 인간 임상 교모세포종 조직이었습니다. 연구팀은 현재 기술을 개선하고 매우 저렴한 비용으로 여러 종류의 소규모 조직 생검 샘플을 한 번에 빠르고 효과적으로 처리할 수 있는 장치를 개발하고 있습니다.

새로운 연구는 그 과정에 대한 과학적 근거를 설명했다고 Welch는 말했다. "이제 우리는 이 물리적 현상을 사용하기 위해 고도로 최적화된 시스템을 만드는 데 특별히 중점을 둔 새로운 장치를 연구하고 있습니다."

Tapinos는 "연구원은 버튼을 누르기만 하면 몇 분 안에 분석에 필요한 단일 세포를 얻을 수 있습니다."라고 말했습니다. "정말 놀랍네요."