$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wyższe organizmy zawierają złożone społeczności różnych typów komórek, które współpracują ze sobą, aby realizować bardziej złożone funkcje. Na przykład guzy zawierają nie tylko komórki rakowe, ale także fibroblasty, komórki tworzące naczynia krwionośne, a często nacieki komórek odpornościowych1; Krew zawiera złożoną mieszaninę kilkudziesięciu podtypów komórek odpornościowych2; A nawet hodowane linie komórkowe mogą składać się z wielu subpopulacji, takich jak podtypy luminalne i podstawowe komórek raka piersi3. Co więcej, różne typy komórek, które współistnieją, mogą wykazywać "współpracę" metaboliczną. Na przykład uważa się, że w mózgu astrocyty przekształcają glukozę w mleczan, który jest następnie "podawany" neuronom utleniającym ten substrat4; Limfocyty T są w niektórych kontekstach zależne od sąsiednich komórek dendrytycznych jako źródła cysteiny5; a komórki rakowe mogą współpracować z powiązanymi fibroblastami w nowotworach6. Aby zrozumieć zachowanie metaboliczne takich systemów, konieczne jest oddzielenie i zmierzenie aktywności metabolicznej różnych obecnych typów komórek.
Zdecydowanie najczęściej używaną metodą rozdzielania typów komórek jest sortowanie komórek aktywowane fluorescencją. Metoda ta ma szerokie zastosowanie, pod warunkiem, że typ komórki lub stan zainteresowania może być "znakowany" za pomocą przeciwciał fluorescencyjnych, ekspresji zmodyfikowanych białek fluorescencyjnych lub innych barwników. Jedną z opcji jest początkowe rozdzielenie typów komórek za pomocą sortera komórek, ponowne wyhodowanie poszczególnych uzyskanych typów komórek, a następnie przeprowadzenie badań metabolizmu tych kultur7. Jest to jednak możliwe tylko wtedy, gdy typ lub fenotyp komórki jest stabilny w warunkach hodowli i nie może uchwycić przejściowych zachowań, takich jak stany cyklu komórkowego, ani współpracy metabolicznej w kokulturach. W takich przypadkach metabolizm musi być mierzony bezpośrednio na posortowanych komórkach. Jest to trudne, ponieważ procedura sortowania komórek poddaje komórki stresom, które mogą zniekształcić ich metabolizm8, a wiemy tylko o kilku badaniach wykorzystujących to podejście9,10. W szczególności odkryliśmy, że główne metabolity, takie jak aminokwasy, mogą wyciekać z komórek przechowywanych w buforze do sortowania komórek, tak że pomiary bezwzględnej obfitości metabolitów nie są już wiarygodne11 (chociaż względne porównanie między posortowanymi frakcjami może być nadal cenne).
Aby obejść te problemy, przed sortowaniem oznaczamy komórki stabilnymi izotopami i skupiamy się na MIDach w metabolitach komórkowych, a nie na obfitości metabolitów. Ponieważ MID powstają w dłuższych skalach czasowych, krótkoterminowe narażenie na warunki sortowania powinno mieć na nie mniejszy wpływ. Określamy ilościowo MID za pomocą spektrometrii mas o wysokiej rozdzielczości z pełnym skanowaniem, która jest wystarczająco czuła, aby dostarczyć danych na temat setek metabolitów, zaczynając od około 500 000 posortowanych komórek, co wymaga około 30-60 minut czasu sortowania komórek. Porównuje się kontrolę "pozorowaną sortowaną" (komórki przeszły przez przyrząd do sortowania komórek bez bramkowania żadnej określonej populacji) a ekstrakcją metabolitów bezpośrednio z szalki hodowlanej w celu zapewnienia, że obserwowane MID są reprezentatywne dla tych w oryginalnej hodowli. W zależności od wyboru znaczników stabilnych izotopów, za pomocą tej metody można badać różne szlaki metaboliczne.