Optische fotothermische infrarood-fluorescentie in situ hybridisatie (OPTIR-FISH)
23 februari 2024
Hier presenteren we een protocol dat gebruik maakt van optische fotothermische infrarood-fluorescentie in situ hybridisatie (OPTIR-FISH), ook bekend als mid-infrarood fototherme-FISH (MIP-FISH), om individuele cellen te identificeren en hun metabolisme te begrijpen. Deze methodologie kan breed worden toegepast voor diverse toepassingen, waaronder het in kaart brengen van het cellulaire metabolisme met een resolutie van één cel.
De reikwijdte van ons onderzoek is om OPTIR-FISH te ontwikkelen en toe te passen om individuele cellen te identificeren en hun metabolisme op het niveau van één cel te analyseren. We streven ernaar om te begrijpen hoe individuele cellen interageren binnen een complexe omgeving, en hun fysiologie en wegen te begrijpen. Het analyseren van het metabolisme op individueel celniveau, met name in de oorspronkelijke omgeving, zou onschatbare inzichten kunnen opleveren bij het onthullen van de heterogene complexe activiteiten in biologische systemen.
De gelijktijdige taak om de cellulaire identiteit te differentiëren en het metabolisme op het niveau van één cel op te helderen, blijft echter een uitdaging. Ons geavanceerde platform voor trillingsbeeldvorming, Optisch Fotothermisch Infrarood, biedt de studie van het metabolisme van één cel. Tegelijkertijd is het van nature zeer compatibel met de gevestigde bossen in situ hybridisatie voor de identificatie van microbiële soorten.
Daarom biedt eenvoudige integratie tegelijkertijd metabolisme en identificatie met dezelfde beeldresolutie.
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol waarin optische fotothermische infrarood-fluorescentie in situ hybridisatie (OPTIR-FISH) wordt gebruikt om individuele cellen te identificeren en hun metabolisme op single-cell niveau te analyseren. De methodologie is erop gericht inzicht te verschaffen in cellulaire interacties binnen complexe omgevingen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Celbiologie
- Metabole analyse
Achtergrond
- Het begrijpen van het metabolisme van individuele cellen is cruciaal voor het onthullen van complexe biologische activiteiten.
- Huidige methoden kampen met uitdagingen bij het differentiëren van de cellulaire identiteit tijdens de analyse van het metabolisme.
- OPTIR-FISH combineert vibrationele beeldvorming met fluorescentie in situ hybridisatie.
- Deze benadering is compatibel met het identificeren van microbiële soorten.
Doel van de studie
- Om een methode te ontwikkelen voor het identificeren van individuele cellen.
- Om het metabolisme op single-cell niveau te analyseren.
- Om cellulaire interacties in natuurlijke omgevingen te begrijpen.
Gebruikte methoden
- Optische fotothermische infraroodbeeldvorming.
- Fluorescentie in situ hybridisatie.
- Technieken met resolutie op enkelcelniveau.
- Analyse van het cellulaire metabolisme.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle identificatie van individuele cellen met behulp van OPTIR-FISH.
- Inzichten in het cellulaire metabolisme in complexe omgevingen.
- Aantoonbare compatibiliteit met bestaande identificatiemethoden.
- Potentieel voor brede toepassingen in biologisch onderzoek.
Conclusies
- OPTIR-FISH is een veelbelovend instrument voor het bestuderen van het metabolisme op enkelcelniveau.
- Het vergroot het begrip van cellulaire interacties en fysiologie.
- Deze methodologie zou kunnen leiden tot significante vooruitgang in het biologisch onderzoek.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
OPTIR-FISH maakt gelijktijdige identificatie en metabole profilering van individuele cellen binnen complexe microbiële gemeenschappen mogelijk, waarmee een kritisch hiaat in single-cell-analyse voor biofarma-ontdekking wordt opgevuld. Deze duale-modaliteitsbenadering verhoogt het voorspellende vertrouwen in het begrip van cellulaire heterogeniteit en metabole functie, wat vroege targetvalidatie en mechanistische risicoreductie ondersteunt. De integratie van celidentiteit met metabole activiteit op single-cell-resolutie informeert portfoliobeslissingen en versnelt translationele onderzoekspijplijnen.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt directe bevraging van metabole routes in geïdentificeerde celtypen mogelijk voor functionele targetvalidatie.
- Ondersteunt mechanistische risicoreductie door fenotype te koppelen aan metabole activiteit op single-cell niveau.
- Vergemakkelijkt voorspellende betrouwbaarheid bij targetselectie door cellulaire heterogeniteit binnen ziekterelateerde systemen op te lossen.
Screening & assayontwikkeling
- Bereidt gevalideerde single-cell systemen voor voor downstream compound screening en metabole assays.
- Standaardiseert kwantitatieve metabole read-outs voor reproduceerbare assay-ontwikkeling.
- Maakt high-throughput analyse van metabole verschuivingen als reactie op experimentele perturbaties mogelijk.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt metabole fenotypes uit met translationele biomarkers in complexe microbiële of cellulaire omgevingen.
- Biedt continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door metabole responsen in situ te volgen.
- Ondersteunt risico-gecorrigeerde voortgang door de functionele relevantie van cellulaire subpopulaties te verduidelijken.
Integratie van Pipeline & Workflow
OPTIR-FISH integreert in het ontdekkingscontinuüm, van vroege hypothesetoetsing tot leadidentificatie en preklinische validatie, waardoor robuuste single-cell analytics over R&D-workflows mogelijk worden gemaakt.
- Discovery Biology: Koppelt celidentiteit aan metabole functie, ter ondersteuning van hypothese-gestuurde analyse van signaalpaden.
- Screening: Levert kwantitatieve, reproduceerbare metabole resultaten voor assay-validatie en evaluatie van verbindingen.
- Analytics: Biedt high-content spectrale en fluorescentiegegevens voor vergelijkende analyse van condities.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt metabole profielen op single-cell niveau met ziekterelateerde biomarkers, mits ondersteund door het bestudeerde systeem.
- Enterprise Hergebruik: Biedt een gestandaardiseerd, schaalbaar platform voor herhaaldelijk gebruik over diverse biologische modellen heen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij targetvalidatie.
- Operationele waarde: Standaardiseert metabole analyse op single-cell niveau voor reproduceerbaarheid en schaalbaarheid.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiëntie door cellulaire functies in een vroeg stadium te verduidelijken.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering en voortgang van discovery-programma's mogelijk.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in fluorescentie in situ hybridisatie en vibrationele beeldvormingstechnieken.
- Vereist toegang tot infrastructuur voor optische fotothermische infrarood- en fluorescentiemicroscopie.
- Maakt cross-team standaardisatie van workflows voor monstervoorbereiding en data-analyse noodzakelijk.
- Aanpassing kan nodig zijn voor verschillende microbiële of cellulaire systemen, afhankelijk van het ontwerp van de rRNA-sondes en de isotoopmarkering.
- De doorvoersnelheid en spectrale resolutie worden beperkt door de beeldvormingsinstrumentatie en de complexiteit van de monsters.
