I ricercatori hanno sviluppato e dimostrato un nuovo metodo per lo smistamento di singole cellule ad alto rendimento che utilizza la spettroscopia Raman stimolata anziché l’approccio tradizionale dello smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza. Il nuovo approccio potrebbe offrire un modo non distruttivo e privo di etichette per classificare le cellule per una varietà di applicazioni, tra cui la microbiologia, il rilevamento del cancro e la terapia cellulare.
Jing Zhang della Boston University presenterà questa ricerca al Frontiers in Optics + Laser Science (FiO LS), che si terrà dal 9 al 12 ottobre 2023 presso il Greater Tacoma Convention Center a Tacoma (Greater Seattle Area), Washington.
“Il nostro approccio (espulsione cellulare attivata da Raman stimolata, S-RACE) offre un modo innovativo per ordinare le cellule in base alla loro composizione chimica intracellulare in modo ad alto rendimento”, spiega Zhang. “Varie analisi fenotipiche e/o genomiche a valle potrebbero essere applicate alle popolazioni cellulari separate. Inoltre, la sua compatibilità con le piccole cellule è vantaggiosa per la selezione di batteri e altri microrganismi. Ad esempio, impiegando S-RACE, agenti patogeni o cellule che presentano profili metabolici specifici potrebbero essere catturati direttamente dal loro habitat naturale, ad esempio corpi idrici, suolo o tratto gastrointestinale. Il successivo sequenziamento consente attività come l’identificazione della tassonomia cellulare e la valutazione della funzione ecologica.”
La citometria a flusso viene utilizzata in molti campi biomedici per contare e caratterizzare rapidamente vari tipi di cellule, tra cui cellule del sangue, cellule staminali, cellule tumorali e microrganismi. L’ordinamento delle cellule in base alla loro dimensione, granularità o espressione della superficie cellulare e delle molecole intracellulari può essere utilizzato per ottenere informazioni dettagliate sui processi biologici o per separare le cellule con determinate caratteristiche per ulteriori analisi.
Sebbene la maggior parte degli attuali metodi di smistamento cellulare ad alto rendimento si basino su segnali di fluorescenza per lo smistamento, le etichette fluorescenti possono disturbare la funzione cellulare e non possono essere utilizzate con piccole molecole. La spettroscopia Raman è un’alternativa promettente perché offre misurazioni di singole cellule senza etichetta e non distruttive ottenendo un’impronta chimica della cellula. Tuttavia, è stato difficile ottenere sia un forte segnale Raman che una pratica configurazione microfluidica per l’imaging delle cellule.
Nel nuovo lavoro, i ricercatori descrivono come hanno superato questa sfida utilizzando la spettroscopia Raman stimolata, che produce un segnale di diversi ordini di grandezza superiore rispetto allo scattering Raman spontaneo più comunemente usato. Per lo smistamento, vengono acquisite immagini Raman stimolate per identificare oggetti o cellule di interesse, quindi gli specchi galvo 2D puntano un laser pulsato da 532 nm verso la cellula. Infine, un modulatore acusto-ottico viene utilizzato come raccoglitore veloce di impulsi in modo che singoli impulsi laser possano essere utilizzati per spingere la cella selezionata nel collettore. Ogni espulsione dura solo circa 8 millisecondi.
I ricercatori hanno prima dimostrato il loro metodo di espulsione cellulare stimolata e attivata da Raman utilizzando una miscela di sfere polimeriche da 1 micron, ottenendo circa il 95% di purezza e il 98% di produttività con circa 14 espulsioni eseguite ogni secondo. Hanno anche dimostrato che il metodo potrebbe essere utilizzato con batteri fissati.
Per applicare il metodo di smistamento alle cellule di lievito vive, i ricercatori hanno aggiunto un sottile strato di agar al modulo di espulsione per proteggere le cellule dal calore e dall’essiccazione e hanno utilizzato una piastra di agar come raccoglitore per fornire maggiore ammortizzazione e umidità durante l’atterraggio delle cellule. I ricercatori hanno utilizzato il sistema per espellere circa 340 cellule di lievito e hanno osservato la crescita cellulare nel piatto ricevente dopo circa 40 ore. Hanno inoltre dimostrato che altri approcci di analisi genomica, come la reazione a catena della polimerasi quantitativa, potrebbero essere integrati con l’approccio di selezione.
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