Протокол сдвигового анализа для определения свойств одноячеистого материала
19 мая 2023 г.
В этом протоколе описывается количественная оценка механических свойств раковых и нераковых клеточных линий in vitro. Консервативные различия в механике раковых и нормальных клеток могут выступать в качестве биомаркера, который может иметь значение для прогноза и диагностики.
Физические признаки рака являются относительно новыми и захватывающими темами в исследованиях рака. Наше исследование направлено на то, чтобы конкретно охарактеризовать механические свойства как раковых, так и нераковых клеток, чтобы лучше понять физические механизмы, с помощью которых раковые клетки выживают при сдвиговых силах в организме и вторгаются в иммунную систему. Недавним событием в период моих исследований является использование микрофлюидных устройств и высокопроизводительных методов для изучения в более широком масштабе клеточной деформируемости и вязкоупругих свойств клеток, а также в идентификации новых биомаркеров, таких как регуляция белков цитоскелета и белков внеклеточного матрикса для ранней диагностики рака.
Текущие экспериментальные проблемы, связанные с этой областью, включают сложность микроокружения опухоли, пропускную способность масштабирования, клиническую трансляцию, стандартизацию и воспроизводимость, а также интеграцию мультимодальных данных. Итак, некоторые из важных выводов, которые я установил в этой области из моих прошлых исследований и из моих текущих исследований, заключаются в том, что раковые клетки можно отличить от нормальных клеток на основе их реакции на механические стрессоры. И степень, в которой они сопротивляются механическим стрессорам, зависит от структурной целостности, которая в разумной степени продиктована присутствием цитоскелетных белков, таких как нитевидный актин и другие структурные белки в клетке.
Наш протокол предлагает простой, воспроизводимый и неразрушающий подход к механической характеристике культивируемых клеток. Это контрастирует с другими методами, такими как АСМ и оптический пинцет, которые требуют определенного уровня технических знаний для проведения эксперимента с относительно низкой пропускной способностью. Использование метода сдвиговой кислоты значительно улучшит механическую характеристику отдельных клеток, а также поможет во многих различных областях поперечного сечения, таких как диагностика редких заболеваний, персонализированная диагностика и уход, а также мониторинг одноклеточных лекарственных взаимодействий.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном протоколе описан метод количественной оценки механических свойств раковых и нераковых клеточных линий in vitro. Понимание этих механических различий может дать ценную информацию для прогноза и диагностики рака.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Механика клеток
- Исследование рака
- Разработка биомаркеров
Теоретическая база
- Физические признаки рака имеют решающее значение для понимания поведения опухоли.
- Характеристика механических свойств помогает определить способы выживания и инвазии раковых клеток.
- Микрофлюидные устройства и методы высокопроизводительного анализа становятся новыми инструментами в этой области исследований.
- К основным проблемам относятся сложность микроокружения опухоли и трудности клинического внедрения.
Цель исследования
- Количественно оценить механические свойства раковых и нераковых клеток.
- Изучить деформируемость и вязкоупругие свойства клеток.
- Выявить новые биомаркеры для ранней диагностики рака.
Используемые методы
- Количественное определение механических свойств с использованием микрофлюидных устройств.
- Оценка клеточных ответов на механические стрессы.
- Анализ регуляции белков цитоскелета и внеклеточного матрикса.
- Высокопроизводительные методы для крупномасштабных исследований.
Основные результаты
- Раковые клетки демонстрируют иные механические ответы по сравнению с нормальными клетками.
- Устойчивость к механическому стрессу связана с целостностью цитоскелета.
- Идентификация структурных белков, влияющих на механику клеток.
- Изучение потенциальных биомаркеров для диагностики рака.
Выводы
- Механические свойства могут служить биомаркерами рака.
- Понимание механики клеток имеет решающее значение для исследований рака.
- Будущие исследования должны быть сосредоточены на преодолении текущих экспериментальных трудностей.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Количественная оценка механических свойств отдельных клеток восполняет критический пробел в биологии рака, обеспечивая стандартизированное и воспроизводимое измерение биомеханических фенотипов. Эта возможность способствует механистическому снижению рисков и валидации мишеней на самых ранних этапах онкологических исследований, что дает важную информацию как для разработки биомаркеров, так и для приоритизации портфеля проектов. Интеграция надежных биофизических показателей в процессы НИОКР повышает прогностическую уверенность при выборе релевантных систем моделирования заболевания и принятии ранних решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go).
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет напрямую исследовать биомеханику клеток как функциональный фенотип для валидации мишеней.
- Способствует снижению механистических рисков за счет дифференциации злокачественных и незалокачественных клеток на основе вязкоупругих свойств.
- Облегчает идентификацию биофизических биомаркеров, связанных с регуляцией цитоскелета и внеклеточного матрикса.
- Предоставляет количественные данные для повышения прогностической достоверности моделей, релевантных заболеванию.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые анализы отдельных клеток, подходящие для последующих рабочих процессов скрининга.
- Формирует количественные данные о деформации и напряжении для надежной разработки методов анализа.
- Позволяет воспроизводимо сравнивать влияние соединений на механику клеток в условиях высокопроизводительного анализа.
- Обеспечивает масштабируемость платформы и сопоставимость результатов различных исследований с помощью анализа цифровой корреляции изображений.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет биофизические показатели со стратегиями трансляционных биомаркеров для ранней диагностики рака.
- Обеспечивает преемственность между механистическими данными на этапе поиска и выбором доклинической модели.
- Позволяет осуществлять движение вперед с учетом рисков, связывая механические фенотипы с состояниями прогрессирования заболевания.
- Поддерживает мониторинг взаимодействий препаратов на уровне отдельных клеток, что актуально для подходов персонализированной медицины.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный протокол анализа сдвига интегрирован на стыке этапов раннего поиска и идентификации ведущих соединений, обеспечивая стандартизированный рабочий процесс для количественной оценки механики клеток и поддержки последующих трансляционных исследований.
- Открывающая биология: облегчает проверку гипотез о роли целостности цитоскелета в выживании и инвазии раковых клеток.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимые количественные данные о деформации и напряжении для подготовки анализа и оценки соединений.
- Аналитика: обеспечивает результаты цифровой корреляции изображений и соответствие вязкоупругих моделей для надежного статистического сравнения.
- Трансляционные исследования: связывает механические фенотипы с разработкой биомаркеров и оценкой прогрессирования заболевания.
- Корпоративное повторное использование: создает масштабируемую неразрушающую платформу для многократного использования на различных типах клеток и моделях заболеваний.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность при валидации мишеней.
- Операционная ценность: Повышает уровень стандартизации, воспроизводимости и пропускную способность при проведении механических анализов единичных клеток.
- Стратегическая ценность: Оптимизирует принятие ранних решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет внедрения надежного биофизического скрининга.
- Влияние на портфель: Обеспечивает приоритезацию и продвижение онкологических активов с учетом рисков на основе функциональных фенотипов.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы в области микрофлюидики, цифровой корреляции изображений и вязкоупругого моделирования.
- Необходим доступ к программируемым шприцевым насосам, инвертированному микроскопу и программному обеспечению для DIC-анализа.
- Требуется межкомандная стандартизация настройки анализа и протоколов анализа данных.
- Метод применим к различным типам клеток, однако может потребовать оптимизации для разных моделей заболеваний.
- Пропускная способность и интеграция с мультимодальными данными остаются практическими аспектами при проведении крупномасштабных исследований.
