La secuenciación de las moléculas de ARN mensajero de las células individuales ofrece un vistazo a la vida de esas células, revelando lo que están haciendo en un momento en particular. Sin embargo, el equipo requerido para hacer este tipo de análisis es engorroso y no está ampliamente disponible.
Los investigadores del MIT ahora han desarrollado una tecnología portátil que puede preparar rápidamente el ARN de muchas células para la secuenciación simultánea, lo que creen que permitirá un uso más generalizado de este enfoque. La nueva tecnología, conocida como Seq-Well, podría permitir a los científicos másIdentifique fácilmente los diferentes tipos de células que se encuentran en las muestras de tejido, ayudándoles a estudiar cómo las células inmunes combaten las infecciones y cómo las células cancerosas responden al tratamiento, entre otras aplicaciones.
"En lugar de tratar de elegir un marcador que defina un tipo de célula, usando la secuenciación de ARN unicelular podemos entrar y observar todo lo que una célula está expresando en un momento dado. Al encontrar patrones comunes a través de las células, podemos descubrirquiénes son esas células ", dice Alex K. Shalek, profesor asistente de desarrollo profesional Hermann LF von Helmholtz de ciencias y tecnología de la salud, profesor asistente de química y miembro del Instituto de Ingeniería y Ciencia Médicas del MIT.
Shalek y sus colegas han pasado los últimos años desarrollando estrategias de secuenciación de ARN de células individuales. En el nuevo estudio, se asoció con J. Christopher Love, profesor asociado de ingeniería química en el Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT, paracree una nueva versión de la tecnología que pueda analizar rápidamente grandes cantidades de células, con un equipo muy simple.
"Hemos combinado sus tecnologías con algunas de las nuestras de una manera que lo hace realmente accesible para los investigadores que desean realizar este tipo de secuenciación en una variedad de diferentes muestras y configuraciones clínicas", dice Love. "Supera algunas delas barreras que enfrenta la adopción de estas técnicas en general "
Love y Shalek son los autores principales de un artículo que describe la nueva técnica en la edición del 13 de febrero de Métodos de la naturaleza . Los autores principales del artículo son el investigador asociado Todd Gierahn y los estudiantes de posgrado Marc H. Wadsworth II y Travis K. Hughes.
Análisis rápido
La mayoría de las células del cuerpo humano expresan solo una fracción de los genes que se encuentran en su genoma. Esos genes se copian en moléculas de ARN mensajero, también conocidas como transcripciones de ARN, que dirigen a las células a construir proteínas específicas. El perfil de expresión génica de cada célulavaría según su función.
La secuenciación del ARN de muchas células individuales de una muestra de sangre o tejido ofrece una manera de distinguir las células en función de los patrones de expresión génica. Esto brinda a los científicos la oportunidad de determinar las funciones celulares, incluyendo su papel en la enfermedad o la respuesta al tratamiento.
La clave para secuenciar grandes poblaciones de células es realizar un seguimiento de qué transcripciones de ARN provienen de qué célula. Las primeras técnicas para esto requirieron clasificar las células en tubos o compartimentos individuales de placas de pocillos múltiples y luego transformarlas por separado en una biblioteca de secuenciación.
Ese proceso funciona bien pero no puede manejar muestras grandes que contienen miles de células, como muestras de sangre o biopsias de tejidos, y cuesta entre $ 25 y $ 35 por célula. Shalek y otros han desarrollado recientemente técnicas de microfluidos para ayudar a automatizar y paralelizar el procesoconsiderablemente, pero la cantidad de equipo requerido hace que sea imposible transportarlo fácilmente.
Shalek y Love, que han trabajado juntos en otros proyectos, se dieron cuenta de que la tecnología que Love había desarrollado previamente para analizar las secreciones de proteínas de células individuales podría adaptarse para realizar la secuenciación de ARN de células individuales de forma rápida y económica utilizando un dispositivo portátil.
En los últimos años, el laboratorio de Love ha desarrollado un sistema de microescala que puede aislar células individuales y medir los anticuerpos y otras proteínas que secreta cada célula. El dispositivo se asemeja a una pequeña bandeja de cubitos de hielo, con compartimentos individuales para cada célula. Love tambiéndesarrolló un proceso conocido como micrograbado que utiliza estas bandejas, que pueden contener decenas de miles de células, para medir las secreciones de proteínas de cada célula.
Para utilizar este enfoque para secuenciar ARN, los investigadores crearon matrices de nanopocillos que capturan una sola célula más una cuenta con código de barras para capturar los fragmentos de ARN. Los nanopozos se sellan con una membrana semipermeable que permite el paso de los químicos necesarios para romper elcélulas separadas, mientras que el ARN permanece contenido. Después de que el ARN se une a las cuentas, se elimina y se secuencia. Con este proceso, el costo por celda es inferior a $ 1.
Descubriendo incógnitas
Similar a las técnicas de secuenciación de ARN de una sola célula anteriores, el proceso Seq-Well captura y analiza aproximadamente del 10 al 15 por ciento del número total de transcripciones de ARN por célula.
"Eso sigue siendo un conjunto de información muy rico que se asigna a varios miles de genes", dice Love. "Si observa conjuntos de estos genes, puede comenzar a comprender la identidad de esas células en función de los conjuntos de genes quese expresan en común "
En este trabajo, los investigadores utilizaron Seq-Well para analizar células inmunes llamadas macrófagos, que estaban infectadas con tuberculosis, lo que les permitió identificar diferentes poblaciones preexistentes y respuestas a la infección. Shalek y los miembros de su laboratorio también llevaron la tecnología aSudáfrica y analizó muestras de tejido de pacientes infectados con TB y VIH allí.
"Tener un sistema simple que pueda ir a todas partes creo que va a ser increíblemente poderoso", dice Shalek.
El laboratorio de Love ahora está utilizando este enfoque para analizar las células inmunes de personas con alergias alimentarias, lo que podría ayudar a los investigadores a determinar por qué algunas personas tienen más probabilidades de responder bien a las terapias diseñadas para tratar sus alergias ". Todavía hay muchas incógnitas enenfermedades crónicas, y este tipo de herramientas lo ayudan a descubrir nuevas ideas ", dice Love.
El equipo de investigación también ha unido fuerzas con investigadores clínicos en el Centro de Cáncer Dana-Farber / Harvard para aplicar esta tecnología hacia el descubrimiento de nuevas inmunoterapias combinadas para tratar el cáncer como parte de la asociación del Proyecto Puente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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