Магнитное поле отделило живые клетки от мертвых

Американские ученые предложили сортировать мертвые и живые клетки с помощью магнитного поля: клетки протекают через небольшой канал между магнитами и оказываются на разной высоте за счет разной плотности. Исследователи провели неразрушающее разделение на раковых клетках молочной железы с разными концентрациями клеток — сортировка проходила всего за полчаса. Препринт работы опубликован на сайте biorxiv.org.

Источник: nplus1.ru

Для токсикологических исследований и трансплантации кроветворных стволовых клеток требуется отделить живые клетки от мертвых. На сегодняшний день ученые сортируют клетки с помощью окрашивающих меток, но, к сожалению, окрашивающие агенты значительно влияют на жизнеспособность клеток, а центрифугирование может повредить некоторым клеткам (например, лейкоцитам). Альтернативные методы (микрофильтрация, акустофорез и диэлектрофорез) более эффективны в стоимости, хоть и теряют в селективности. Поэтому биологи ищут недорогой, неразрушающий и безметочный метод.

Эллиот Чин (Elliot K. Chin) и Колин Грант (Colin A. Grant) продолжили исследования магнитной левитации одной клетки и предложили использовать ее для разделения живых и мертвых клеток. Для этого ученые запускали поток живых и мертвых клеток через микрофлюидный канал с двумя магнитами, которые перераспределяли клетки по плотности (у живых клеток плотность меньше, чем у мертвых).

Исследователи назвали свое устройство CelLEVITAS, подразумевая, что клетки в таком микрофлюидном канале левитируют под воздействием магнитного поля. Движущая сила распределения клеток по высоте канала — разница в магнитной восприимчивости между клеткой и парамагнитной окружающей средой, в роли которой выступает гадобутрол — нетоксичный хелатный комплекс, содержащий ион гадолиния, который применяется в качестве контрастного агента для МРТ. Это заставляет клетку двигаться от границ магнитов к середине канала, где магнитное поле минимально. Однако на клетку еще воздействуют гравитация и сила Архимеда, а потому положение равновесия трех сил смещается относительно центра канала. Такая система значительно снижает время сортировки живых и мертвых клеток до одной стадии в 30 минут.

Когда клетка умирает, она изменяется в размерах и, соответственно, плотности. В качестве проверки сортировки по плотности в магнитном поле ученые провели испытания без потока жидкости. Для проверки сортировки они смешали живые и мертвые раковых клеток молочной железы, которые предварительно окрасили: живые клетки с помощью кальцеина-АМ в зеленый, а мертвые с помощью йодида пропидиума в красный. Затем клеточную смесь поместили в парамагнитную среду, в которой за 15 минут живые и мертвые клетки установились на определенных высотах в зависимости от концентрации парамагнитной жидкой среды. Наилучшее разделение клеток происходило при концентрации в 50 миллимоль, при котором между живыми и мертвыми клетками было 235,9 микрометра.

Высота уровней живых и мертвых клеток в статическом эксперименте в зависимости от концентрации парамагнитной среды

Elliot K. Chin et al. / bioRxiv.org, 2020

Затем исследователи пронаблюдали за процессом сортировки в реальном времени: окрашенная смесь клеток находилась между магнитами в течение 30 минут, при этом каждую минуту производилась съемка. Ученые обнаружили, что живые клетки быстро разместились на своей высоте за десять минут, в то время как мертвые клетки медленно перемещались на дно канала в течение всего времени выдержки.

Процесс разделения живых и мертвых клеток в потоке микрофлюидного канала. Снизу — зеленым окрашены живые клетки, красным окрашены мертвые

Elliot K. Chin et al. / bioRxiv.org, 2020

Чтобы продемонстрировать применение CelLEVITAS для обогащения живых клеток, ученые внесли в поток смесь клеток, которая после прохождения через магнитный участок распределялась по двум выводящим каналам. Сортировка успешно проходила и при малых концентрациях клеток (50-100 клеток на миллилитр), так и при больших (200 тысяч клеток на миллилитр), а также при разных соотношениях мертвых и живых клеток (от 10 до 50 процентов живых клеток в смеси). Количество живых клеток в соответствующем выходном канале было приблизительно одинаковым для любых соотношений — около 75 процентов.

Слева — состояние до сортировки, посередине — выход живых клеток, справа — выход мертвых клеток после сортировки

Elliot K. Chin et al. / bioRxiv.org, 2020

Авторы надеются, что с помощью такой технологии можно будет разделять хрупкие клетки, как например: макрофаги, адипоциты, кардимиоциты и Шванновские клетки, а также выделять редкие клеточные линии гораздо дешевле нынешних методов. В будущих работах они планируют использовать технологию CelLEVITAS для оценки чувствительности раковых клеток к лекарствам — в реальном времени можно будет определить чувствительные и резистентные клеточные популяции.

Сортировку можно проводить не только между мертвыми и живыми клетками. Год назад немецкие физики разработали микрофлюидный прибор для сортировки клеток по жесткости, основанном на детерминированном боковом смещении. С таким устройством можно будет разделять здоровые и больные эритроциты.

Артем Моськин

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *