Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis han estado estudiando los cilios durante años para determinar cómo su disfunción conduce a la infertilidad y otras condiciones asociadas con enfermedades relacionadas con los cilios. Ahora, podrán realizar estos estudios más rápidamente a través de un nuevo métodoque usa ondas sonoras para atrapar momentáneamente las células impulsadas por los cilios y luego las libera para medir su movimiento mientras se alejan nadando.
Un equipo interdisciplinario dirigido por J. Mark Meacham, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Escuela de Ingeniería McKelvey, y los estudiantes de su laboratorio utilizaron un enfoque de microfluidos acústicos que utiliza ondas estacionarias ultrasónicas dentro de una pequeña cámara llena de líquido pararecolectar grupos de células de algas verdes unicelulares Chlamydomonas reinhardtii , un organismo modelo para el estudio de los cilios humanos. La llamada trampa acústica aprovecha las propiedades materiales de los cuerpos celulares para mantenerlos en su lugar sin dañarlos. Al recolectar primero las células, el equipo puede analizar de manera eficiente cientos de células enminutos. Los resultados se publicaron y se presentaron en la contraportada interior de la revista Materia blanda en la edición impresa del 12 de junio de 2019.
"Piense en ello como una pequeña jaula hecha por el campo de ultrasonido", dijo Meacham. "Las células están tratando de encontrar una manera de escapar, pero son empujadas hacia atrás por las ondas que forman las paredes de la jaula. Cuando se quitan las paredes, son libres de ejecutar ".
Los cilios son pequeñas estructuras similares a pelos en las células que recubren nuestros pulmones, nariz, cerebro y sistemas reproductivos. Están diseñados para eliminar líquidos y microbios para mantener a las personas sanas. Cuando funcionan mal, infertilidad, infecciones crónicas del oído medio, aguaen el cerebro y se pueden desarrollar otras condiciones.
Susan Dutcher, profesora de genética y de biología y fisiología celular en la Facultad de Medicina y coautora del artículo, trabaja con C. reinhardtii y cientos de sus variantes genéticas, o mutantes, para estudiar el comportamiento y la disfunción ciliar. Analizar tantas variantes usando los métodos actuales, que rastrean manualmente células individuales, llevaría mucho tiempo, dijo Meacham.
"Es útil para la Dra. Dutcher clasificar rápidamente sus células basándose en la efectividad de la natación y elegir aquellas que sean de mayor interés para el análisis más laborioso, tedioso y detallado", dijo Meacham. "Eso es lo que este tipo de población-El método basado realmente ayuda, permitiéndonos analizar una gran cantidad de mutantes dados en poco tiempo ".
Para este trabajo, el equipo utilizó tres variantes genéticas de C. reinhardtii células del laboratorio de Dutcher como modelos.
Meacham y un estudiante de doctorado, Minji Kim, primer autor del artículo, desarrollaron el chip de microfluidos, que es lo suficientemente pequeño como para que dos de ellos encajen en un portaobjetos de vidrio de 1 por 3 pulgadas. Las células entraban y salían por la entrada y la salidacanales conectados a una cámara circular en el centro del dispositivo, que es como un bolígrafo grande y abierto para las células, antes de que se encienda el ultrasonido. Kim y Meacham insertaron líquido que contenía las células en el dispositivo y luego activaron elultrasonido a través de un transductor piezoeléctrico. Las ondas ultrasónicas se reflejan en las paredes de la cámara para crear pozos de presión dentro de la cámara circular, que atrapan las células en un grupo en el centro de la cámara.
Después de obtener imágenes de las células, los investigadores apagan el ultrasonido, abriendo efectivamente la puerta de la jaula y permitiendo que las células naden.
"Esta trampa acústica nos permite hacer este tipo de análisis interesante que no podríamos hacer de otra manera", dijo Meacham. "Podemos atrapar y liberar una población celular, analizarla, cargar la siguiente población, atrapar,libere, analice y cargue el siguiente en cuestión de decenas de segundos a un minuto por muestra para obtener una medida graduada de la capacidad de natación para los diferentes tipos de células ".
El análisis de células en expansión se automatiza fácilmente porque la natación comienza desde una única ubicación, dijo Meacham. Las células aparecen como píxeles negros en imágenes sucesivas de las células liberadas. El cambio en la forma de las células se relaciona con la velocidad de natación.
"Los observamos nadar durante uno a tres segundos, luego, una vez que tenemos esas imágenes, el proceso de análisis se automatiza", dijo Kim. "Podemos obtener la medición de la motilidad de unas 50 células de forma automatizada considerablemente más rápido queal tener que rastrear celdas individuales ".
En última instancia, el equipo busca proporcionar a los investigadores una herramienta que clasifique las células en función de su capacidad de movimiento, ya sea para catalogar C. reinhardtii mutantes o para evaluar la motilidad de los espermatozoides, dijo Meacham.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Beth Miller. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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