Med hjälp av mikroskopiska, skålformade behållare som kallas nanovialer (de större, rödbruna föremålen), gjorde det möjligt för forskare att välja celler baserat på vilken typ de är och vilka föreningar de utsöndrar (visas här i blått). Kredit:Joseph de Rutte/UCLA
I nästan 40 år har läkemedelstillverkare använt genetiskt modifierade celler som små läkemedelsfabriker. Sådana celler kan programmeras att utsöndra föreningar som ger läkemedel som används för att behandla cancer och autoimmuna tillstånd såsom artrit.
Ansträngningar att utveckla och tillverka nya biologiska behandlingar kan dra nytta av en ny teknik för att snabbt sortera enstaka, levande celler i en standardlaboratorieuppsättning. Med mikroskopiska, skålformade hydrogelbehållare kallade "nanovials", visade ett UCLA-ledd forskarlag nyligen förmågan att välja celler baserat på vilken typ de är, och vilka föreningar - och hur mycket av dessa föreningar - de utsöndrar. Studien publicerades i tidskriften ACS Nano .
Tekniken skulle också kunna främja grundläggande biologisk forskning.
"Med den här tekniken kan forskarsamhället upptäcka nya insikter om viktiga biologiska processer som representerar en stor del av våra proteinkodande gener", säger Dino Di Carlo, studiens motsvarande författare och Armond och Elena Hairapetian professor i teknik och medicin vid UCLA Samueli School of Engineering. "Jag tänker på den enskilda cellen som biologins kvantgräns. Nanovialen är utvecklingen av petriskålen till den grundläggande gränsen för en cell."
Di Carlo, som också är medlem av California NanoSystems Institute vid UCLA och UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center, sa att användningen av nanovialer hjälper forskare att övervinna begränsningarna hos andra instrument för att mäta cellsekret.
Den vanligare tekniken använder ett rutnät av små plastbehållare som kallas en mikrobrunnsplatta, men det tillvägagångssättet saknar nanovialens förmåga att sortera enstaka celler, och den nuvarande tekniken kräver vanligtvis veckor för tillräckligt med celler att växa så att sekret kan upptäckas. Det andra alternativet är ett instrument för flera miljoner dollar, som bara finns i några dussin laboratorier världen över, som mäter utsöndringen av cirka 10 000 celler per experiment och kan sortera levande celler.
Jämfört med det instrumentet kan nanovialer användas för att utföra mycket större screeningar – i miljontals celler – till en liten bråkdel av den relativa kostnaden – mindre än en cent per cell, jämfört med 1 USD eller mer per cell med den nuvarande standarden.
Nanovialer är så små att det skulle ta 20 miljoner av dem för att fylla en tesked. De är anpassade för att fånga specifika typer av celler och kan utökas med molekyler som fäster till en cells sekret och lyser under färgat ljus. Eftersom nanovialer är gjorda av en hydrogel – en polymer som håller nästan 20 gånger sin massa i vatten – ger de en våt miljö som är relativt lik cellernas naturliga hem.
I studien undersökte forskarna celler som hade konstruerats för att utsöndra ett visst antikroppsläkemedel. Med hjälp av nanovialer och en vanlig analytisk anordning som kallas flödescytometer, valde de ut celler som utsöndrade mest av den antikroppen och odlade sedan dessa celler till kolonier som producerade över 25 % mer av läkemedlet än kolonier som inte hade valts ut speciellt.
Möjligheten att producera antikroppsläkemedel med den ökade effektiviteten skulle kunna minska kostnaden för läkemedelsproduktion med en liknande andel, sa Di Carlo.
Forskarna visade också att de kunde plocka ut sällsynta antikroppsutsöndrande celler som band specifikt till en målmolekyl och kunde identifiera DNA-sekvensinformationen för den utsöndrade antikroppen. Det experimentet, en viktig del av att upptäcka nya antikroppsläkemedel, tog en dag; traditionella metoder skulle ta veckor.
Utredarna använder för närvarande nanovialer för att studera immunceller som kallas T-celler, som används i cellterapier, samt för att utforska föga förstådda biologiska fenomen. Nanovial teknologi är också grunden för ett startup-företag, Partillion Bioscience, som är baserat på UCLA-campus vid CNSI:s Magnify-inkubator.
"Vi är glada över att se vilken inverkan nanovialer kommer att ha för biologisk forskning nu när de är tillgängliga för alla att använda", säger Joseph de Rutte, tidningens första författare, som tog en doktorsexamen från UCLA 2020 och är med- grundare och president för Partillion.
Robert Dimatteo, som doktorerade från UCLA 2021, är tidningens andra förstaförfattare. Andra UCLA-medförfattare är Maani Archang, Sohyung Lee och Kyung Ha, som nyligen tog doktorsexamen; nuvarande doktorander Mark van Zee, Doyeon Koo, Michael Mellody och Shreya Udani; biträdande projektforskare Allison Sharrow; James Eichenbaum, som nyligen tog en kandidatexamen; och professorerna Andrea Bertozzi och Robert Damoiseaux. Andra författare är från Johns Hopkins University och University of Houston. + Utforska vidare
