Mikrofluidisches Gerät ermöglicht Sammlung und Analyse von schwer zu handhabenden Immunzellen

Mikrofluidisches Gerät ermöglicht Sammlung und Analyse von schwer zu handhabenden Immunzellen
Mikrofluidisches Gerät ermöglicht Sammlung und Analyse von schwer zu handhabenden Immunzellen
Anonim

Ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des Massachusetts General Hospital (MGH) hat ein neues mikrofluidisches Werkzeug zur schnellen und genauen Isolierung von Neutrophilen - der am häufigsten vorkommenden Art weißer Blutkörperchen - aus kleinen Blutproben entwickelt, eine Errungenschaft, die wichtige Informationen liefern könnte um die Reaktion des Immunsystems auf traumatische Verletzungen besser zu verstehen.

Das System, das in einem Artikel von Nature Medicine beschrieben wurde, der vorab online veröffentlicht wurde, kann auch angepasst werden, um fast jeden Zelltyp zu isolieren.

"Neutrophile erregen derzeit großes Interesse bei Forschern und Klinikern, aber ihre Sammlung und Verarbeitung war eine echte Herausforderung", sagt Kenneth Kotz, PhD, vom MGH Center for Engineering in Medicine, Hauptautor der lernen. „Dieses Tool wird eine neue Reihe von Studien und Diagnosen basierend auf zellspezifischen genomischen und proteomischen Signaturen ermöglichen.“

Als Teil der ersten Verteidigungslinie des Körpers gegen Verletzungen oder Infektionen wurde lange Zeit angenommen, dass Neutrophile eine ziemlich einfache Rolle spielen, wie etwa die Freisetzung antimikrobieller Proteine ​​und die Aufnahme von Krankheitserregern. Neuere Studien haben jedoch festgestellt, dass ihre Wirkungen sowohl bei chronischen als auch bei akuten Entzündungen komplexer und kritischer sind, insbesondere bei der Aktivierung des Immunsystems als Reaktion auf Verletzungen.

Das Studium von Mustern der Genexpression und Proteinsynthese in Neutrophilen könnte wichtige Informationen über die Immunantwort liefern, aber das Sammeln der Zellen für die Analyse war eine Herausforderung.Standard-Isolierungsverfahren dauern mehr als zwei Stunden und erfordern relativ große Blutproben. Neutrophile sind auch empfindlich bei der Handhabung und werden leicht aktiviert, wodurch die interessierenden molekularen Muster verändert werden, und sie enth alten sehr geringe Mengen an Boten-RNA, die für Studien zur Genexpression erforderlich ist.

Aufbauend auf ihrer Erfahrung bei der Entwicklung von Geräten auf Siliziumchipbasis, die CD4-T-Zellen für die HIV-Diagnose einfangen oder zirkulierende Tumorzellen isolieren, entwickelte Kotz' Team ein System, das eine neutrophilenreiche Probe aus mikrolitergroßen Blutproben in weniger Zeit gewinnt als 5 Minuten, wodurch das Risiko einer Zellstörung während des Prozesses verringert wird. Um die Anforderungen an Geschwindigkeit und Präzision zu erfüllen, haben die Forscher die Geometrie, die antikörperbasierte Beschichtung und andere Aspekte des Zellerfassungsmoduls im Herzen des Geräts komplett neu gest altet. Die gesammelten Proben zeigten erfolgreich Unterschiede in der Gen- und Proteinaktivität, die für den Aktivierungsstatus der Zellen relevant sind.

Während die Labortests ermutigend waren, müssen Proben von schwer verletzten Patienten in realen klinischen Umgebungen gehandhabt und verarbeitet werden. Durch die Bemühungen des Co-Autors der Studie, Lyle Moldawer, PhD, vom University of Florida College of Medicine, wurden die Geräte an sechs Standorten getestet, die an einer großen, von den National Institutes of He alth gesponserten Studie zur Immunantwort auf Verletzungen unter der Leitung von Ronald teilnahmen Tompkins, MD, ScD, Leiter des MGH Burns Service und auch Co-Autor der Studie. Die Analyse von Proben von 26 Patienten mit schweren Verbrennungen oder anderen traumatischen Verletzungen ergab komplexe Genexpressionsmuster, die sich während der 28 Tage nach der Verletzung veränderten und wahrscheinlich komplexe Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Komponenten des Immunsystems widerspiegeln.

Kotz sagt: "Bis jetzt war es logistisch unmöglich, Neutrophile in dem Ausmaß zu untersuchen, wie wir es in dieser Arbeit haben." Er stellt fest, dass ihre Analyse von neutrophilen Proben von Traumapatienten die bislang größte derartige Untersuchung ist, und fügt hinzu: „Diese Technologie – die viel schneller und schonender ist als aktuelle Ansätze zur Isolierung von Zellen – kann skaliert und modifiziert werden, um nahezu jeden Zelltyp zu erfassen, und wir arbeiten daran, es auf andere zellbasierte Assays anzuwenden."

Mehmet Toner, PhD, Direktor des BioMEMS-Ressourcenzentrums im MGH-Zentrum für Engineering in der Medizin, ist leitender Autor des Artikels „Nature Medicine“. Neben Tompkins und Moldawer sind die wichtigsten Co-Autoren Aman Russom, Alan Rosenbach, Jeremy Goverman, Shawn Fagan und Daniel Irimia, MGH; Wenzong Xiao, Weihong Xu, Julie Wilhelmy, Michael Mindrinos und Ronald Davis, Stanford Genome Technology Center; Carol Miller-Graziano, Asit De und Paul Bankey, University of Rochester School of Medicine; Wei-Jun Qian, Brianne Petritis, David Camp und Richard Smith, Pacific Northwest National Laboratory; Elizabeth Warner, Medizinische Fakultät der Universität von Florida; und Bernard Brownstein, Washington University of St. Louis. Die Studie wurde durch Zuschüsse der National Institutes of He alth unterstützt.

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