מאמר זה מתאר שיטה מבוססת ריחוף מגנטית שיכולה לזהות באופן ספציפי נוכחות של אנטיגנים, מסיסים או קשורים לממברנה, על ידי כימות שינויים בגובה הריחוף של חרוזי לכידה עם צפיפות קבועה.
Method Article
מאמר זה מתאר שיטה מבוססת ריחוף מגנטית שיכולה לזהות באופן ספציפי נוכחות של אנטיגנים, מסיסים או קשורים לממברנה, על ידי כימות שינויים בגובה הריחוף של חרוזי לכידה עם צפיפות קבועה.
השיטה המתוארת פותחה על בסיס עקרונות הריחוף המגנטי, המפריד בין תאים וחלקיקים על סמך צפיפותם ומאפייניהם המגנטיים. Density הוא מאפיין מזהה סוג תא, הקשור ישירות לקצב חילוף החומרים שלו, לבידול ולמצב ההפעלה שלו. ריחוף מגנטי מאפשר גישה חד-שלבית כדי להפריד, לדם ולאפיין בהצלחה תאי דם במחזור, ולזהות אנמיה, מחלת חרמשית ותאי גידול במחזור המבוססים על צפיפות ומאפיינים מגנטיים. גישה זו מקובלת גם על זיהוי אנטיגנים מסיסים הנמצאים בפתרון באמצעות סטים של חרוזים בצפיפות נמוכה וגבוהה מצופים בנוגדנים ללכידה וזיהוי, בהתאמה. אם האנטיגן נמצא בתמיסה, הוא יגשר בין שני סטים של חרוזים, יצירת קומפלקס חרוזים חדש, אשר מרחף בין השורות של חרוזים מצופים נוגדנים. ריכוז מוגבר של האנטיגן היעד בפתרון יפיק מספר גדול יותר של מתחמי חרוזים בהשוואה לריכוזים נמוכים יותר של אנטיגן, ובכך יאפשר מדידות כמותיות של אנטיגן היעד. ריחוף מגנטי הוא יתרון לשיטות אחרות בשל זמן הכנת המדגם הירידה שלה וחוסר תלות בשיטות קריאה קלאסיות. התמונה שנוצרת נלכדת ומנותחת בקלות באמצעות מיקרוסקופ סטנדרטי או מכשיר נייד, כגון טלפון חכם או טאבלט.
ריחוף מגנטי הוא טכניקה שפותחה כדי להפריד, לנתח ולזהות סוגי תאים1,2,3, חלבונים4,5 ואופיואידים6 המבוססים אך ורק על הצפיפות הספציפית שלהם ואת המאפיינים paramagnetic. צפיפות תאים היא מאפיין ייחודי ומהותי של כל סוג תא הקשור ישירות לקצב חילוף החומרים שלו ומצב הבידולשלו 7,8,9,10,11,12,13,14. כימות שינויים עדינים וחולפים בצפיפות התאים בתנאי מצב קבועים, ובמגוון תהליכי תאים, יכול להרשות לעצמו תובנה שאין שני לה על פיזיולוגיה של תאים ופתופיזיולוגיה. שינויים בצפיפות התא קשורים לבידול תאים15,16, התקדמות מחזור התא9,17,18,19, אפופטוזיס20,21,22,23, ושינוי ממאיר24,25,26 . לכן, כימות של שינויים ספציפיים בצפיפות התא, יכול לשמש כדי להבדיל בין תאים מסוגים שונים, כמו גם להפלות בין אותו סוג של תאים העוברים תהליכי הפעלה שונים. זה מאפשר ניסויים המתמקדים תת-אוכלוסיית תאים מסוימת, שבו שינויים דינמיים בצפיפות משמש אינדיקטור של חילוף החומרים התא שונה27. כפי שנקבע כי תא עשוי לשנות את צפיפותו בתגובה לסביבה משתנה7, זה הכרחי למדוד את הקינטיקה של התא ביחס לצפיפותו כדי להבין אותו באופן מלא, אשר השיטות הנוכחיות לא יכול לספק12. ריחוף מגנטי לעומת זאת, מאפשר הערכה דינמית של תאים ומאפייניםשלהם 28.
תאים הם דיאמגנטיים כלומר אין להם רגע דיפול מגנטי קבוע. עם זאת, כאשר נחשפים לשדה מגנטי חיצוני, נוצר רגע דיפול מגנטי חלש בתאים, בכיוון ההפוך של השדה המיושם. לכן, אם תאים מושעים בתמיסה פרמגנטית ונחשפים לשדה מגנטי אנכי חזק, הם ירחפו הרחק מהמקור המגנטי ויעצרו לגובה, אשר תלוי בעיקר בצפיפות האישית שלהם. ריחוף דימגנטי של עצם המרותק למינימום של שדה מגנטי אינומוגני אפשרי כאשר שני הקריטריונים הבאים מתקיימים: 1) הרגישות המגנטית של החלקיק חייבת להיות קטנה מזו של המדיום שמסביב, ו -2) הכוח המגנטי חייב להיות חזק מספיק כדי לאזן את כוח הציפה של החלקיק. שני הקריטריונים יכולים להתממש על ידי השעיית RBCs במאגר מגנטי ועל ידי יצירת שיפועי שדה מגנטי חזקים עם מגנטים קבועים קטנים, זולים וזמינים מסחרית1. מיקום שיווי המשקל של חלקיק לכוד מגנטית על ציר לאורך כיוון הכבידה נקבע על ידי צפיפותו (ביחס לצפיפות המאגר), הרגישות המגנטית שלו (ביחס לרגישות המגנטית של המאגר) וחתימת השדה המגנטי המיושם. מכיוון שהצפיפות והמאפיינים המגנטיים של הפתרון קבועים בכל המערכת, תכונות הצפיפות המהותיות של התאים יהיו הגורם העיקרי הקובע את גובה הריחוף של התאים, כאשר תאים צפופים יותר מרחפים נמוך יותר בהשוואה לתאים צפופים פחות. גישה זו משתמשת בערכה של שני חרוזי התייחסות בצפיפות (1.05 ו- 1.2 גרם/מ"ל) המאפשרים לנו להשתמש בניתוח מדויק ויחסי למדידות צפיפות. שינוי הריכוז של הפתרון המגנטי מאפשר לבודד אוכלוסיות תאיות שונות, כגון RBCs מ- WBCs, שכן צפיפות התאים במחזור היא ספציפית לתא, הסרת הצורך בפרוטוקולי בידוד או מניפולציה אחרת של תאים.
רוב שיטות הזיהוי המשמשות במחקר ביולוגי מסתמכות על אקסטרפולציה של אירועים מחייבים ספציפיים לאותות ליניאריים קלים לכימות. שיטות קריאה אלה הן לעתים קרובות מורכבות וכוללות ציוד מיוחד ואנשי צוות מדעיים ייעודיים. גישה שמטרתה זיהוי של אנטיגנים שנמצאו על קרום הפלזמה של תאים או שלל חוץ תאי או כי הם מסיסים בפלזמה, באמצעות אחד או שניים חרוזים מצופים נוגדן, מתואר בזאת. החרוזים חייבים להיות בצפיפות שונה זה מזה וממטרות שנחקרו. נוכחותו של אנטיגן היעד בכל ביופלואיד נתון מתורגמת לשינוי ספציפי, מדיד בגובה הריחוף של תא אנטיגן חיובי כי הוא קשור חרוז זיהוי. במקרה של אנטיגנים מסיסים או שלל חוץ-תאי, הם קשורים הן לחרוזים ללכוד ולזיהוי, ויוצרות קומפלקס חרוזים ולא קומפלקס של תאי חרוזים. השינוי בגובה הריחוף תלוי בצפיפות החדשה של מתחמי חרוזים או חרוזים. בנוסף לשינוי בגובה הריחוף של המתחמים, המציין את נוכחות האנטיגן בביופלואיד, מספר המתחמים תלוי גם בכמות היעד, מה שהופך את הריחוף המגנטי גם לגישה כמותית לזיהוי אנטיגן24.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
הפרוטוקול הניסיוני המשמש במחקר זה אושר על ידי הוועדה לבדיקה מוסדית של המרכז הרפואי בית ישראל דיקונס (IRB).
1. התקנת מכשיר
הערה: הדמיה של תאים מרחפים דורשת שני מגנטים נדירים של ניאודימיום אדמה הממוגנטים על ציר z כדי להיות ממוקמים עם אותו מוט אחד מול השני כדי ליצור שדה מגנטי. המרחק בין המגנטים יכול להיות מותאם אישית בהתאם לעוצמת השדה המגנטי וצפיפות המטרות. במקרה זה המגנטים מופרדים על ידי שטח 1 מ"מ מספיק להחדרה של צינור נימי זכוכית מרובע באורך 50 מ"מ 1x1 מ"מ. ההתקן הודפס בתלת-ממד באמצעות עיצוב AutoCAD, הזמין על פי בקשה.
2. קשירת נוגדנים למיקרו-חלקיקים/חרוזים קרבוקסיים (שונה מפרוטוקול על ידי PolyAn)
הערה: רק חרוזים בצפיפות נמוכה (1.05 גרם/מ"ל) צריכים להיות מצופים לגילוי Rh(+), אך חרוזי צפיפות גבוהה ונמוכה מצופים לגילוי שלשלות חוץ-תאיות.
3. איסוף והכנת דם לגילוי Rh(+)
4. בידוד PMNs להדגמת הפרדה סלולרית
5. יצירת שלשלות חוץ-תאיות RBC באמצעות ההפעלה המשלימה
6. ניתוח תאים במכשיר הריחוף המגנטי
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
ריחוף מגנטי ממקד עצמים בצפיפות שונה בגבהי ריחוף שונים בהתאם לצפיפות האובייקט, החתימה המגנטית שלו, ריכוז התמיסה הפרמגנטית וכוח השדה המגנטי שנוצר על ידי שני מגנטים חזקים ונדירים של כדור הארץ. כששני המגנטים מונחים זה על גבי זה, ניתן לצפות רק בדגימות מרחפות, תוך שמירה על תאורת קולר, באמצעות מיקרוסקופ שהופנה על צידו(איור 1). ניתן לשנות בקלות את גובה הריחוף הסופי אליו מגיע כל סוג תא על ידי שינוי הריכוז של הפתרון הפרמגנטי. איור 2 ממחיש את ההפרדה בין תאי הדם השונים במחז...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
צנטריפוגה הדרגתית היא כיום הטכניקה הסטנדרטית לבידוד רכיבים תת-תאיים בהתבסס על הצפיפות הייחודית שלהם. גישה זו, לעומת זאת, דורשת שימוש במדיה הדרגתית מיוחדת, כמו גם ציוד צנטריפוגות. גישת הריחוף המגנטי המוצגת כאן מאפשרת חקירה מפורטת של התכונות המורפולוגיות והתפקודיות של תאים במחזור, עם מינימום, אם בכלל מניפולציה של התאים, המספקת גישה כמעט in vivo לתאים במחזור.
עם זאת, בעת שימוש בריחוף מגנטי מספר נקודות ראוי להזכיר. ראשית, המיקרוסקופ המשמש להדמיה חייב להיות מוקדש לשיטה זו, שכן ההתקנה גוזלת...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
למחברים אין קונפליקטים לחשוף.
המחברים רוצים להודות לד"ר גטוליו פריירה על עזרתו בעבודה צעיפית חוץ-תאית.
עבודה זו נתמכה על ידי המענקים הבאים של המכון הלאומי לבריאות ל- ICG: RO1CA218500, UG3HL147353 ו- UG3TR002881.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 2-(N-Morpholino) הידרט חומצה אתנסולפונית | סיגמא אולדריץ' | M-2933 | (MES); רכיב מגנטים של מאגר הפעלה |
| 50x2.5x1 מ"מ, מצופה ניקל (Ni-Cu-Ni), דרגה N52, ממוגנט בעובי 5 מ"מ (0.197 אינץ') | K& J Magnetics | מגנטים מותאמים אישית | המשמשים למכשיר הריחוף המגנטי |
| איטום צינורות נימי (Critoseal) | Leica Microsystems | 267620 | משמש לכיסוי קצות הצינורות הנימים |
| מסנני צינור צנטריפוגה (Corning Costar Spin-X) | Sigma Aldrich | CLS8163 | משמש לשטיפת חרוזים |
| מעבדה קומפקטית ג'ק | Thorlabs | LJ750 | משמש להתאמת מכשיר הריחוף המגנטי |
| DPBS, ללא סידן, ללא מגנזיום | Gibco | 14190-144 | תמיסה לתרחיפים חרוזים |
| אתנולמין | סיגמא אולדריץ' | E9508-100ML | משמש במהלך שלב כביסה לחרוזים |
| כתם קרום פלזמה פלורסנט (CellMask Green) | Invitrogen | C37608 | משמש להכתמת תאי Rh + |
| הזרקת Gadoteridol | ProHance | NDC 0270-1111-03 | גדוליניום (Gd3+); תמיסה מגנטית המשמשת להשעיית תאים |
| HBSS++ | Gibco | 14025-092 | פתרון להכנת דגימה |
| אנושי C5b,6 קומפלקס | Complement Technology, Inc | A122 | משמש לייצור RBC Evs |
| Human C7 חלבון | Complement Technology, Inc | A124 | משמש לייצור RBC Evs |
| Human C8 חלבון | Complement Technology, Inc | A125 | משמש לייצור RBC Evs |
| Human C9 | protein Complement Technology, Inc | A126 | משמש לייצור RBC Evs |
| Mini Series Post Collar | Thorlabs | MSR2 | משמש לאבטחת מכשיר ריחוף מגנטי לשקעי מעבדה |
| N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride | Sigma Aldrich | E1769-10G | (EDC); משמש בתגובת צימוד נוגדנים |
| בקרת IgG רגילה של ארנב | מו"פ D Systems | AB-105-C | משמש לציפוי חרוזים כתנאי בקרה |
| פוספט חוצץ מלח (תמיסה 10X, pH 7.4) | Boston Bioproducts | BM-220 | רכיב של מאגר צימוד, המשמש לשלבי כביסה |
| פוליסורבט 20 (Tween 20) | Sigma Aldrich | P7949-500ML | רכיב של מאגר הפעלה |
| פוליסטירן קרבוקסיל | פולימר Bangs Laboratories | PC06004 | חרוזים בצפיפות עליונה (1.05 גרם/מ"ל), המשמשים לצימוד נוגדנים |
| ארנב RhD נוגדן פוליקלונלי | Invitrogen | PA5-112694 | משמש לציפוי חרוזים להסרת גורם Rh בתאי דם אדומים |
| מיקרוסקופ בדרגת מחקר | אולימפוס | פרוביס AX-70 | מיקרוסקופ המשמש להרכבה של מכשיר ריחוף מגנטי וצפייה בתאים מרחפים |
| רגלי שיכוך גומי | Thorlabs | RDF1 | משמש לתמיכה בשולחן לוח הלחם |
| צינורות בורו מרובעים | VitroTubes | 8100-050 | צינור נימי המשמש להעמסת דגימה לתוך Maglev |
| Sulfo-NHS | Thermoscientific | 24510 | משמש בתגובת צימוד נוגדנים |
| שלב תרגום | Thorlabs | PT1 | משמש למיקוד ולסריקת צינור נימי |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission