Оптическая фототермическая инфракрасно-флуоресцентная гибридизация in situ (OPTIR-FISH)
23 февраля 2024 г.
В данной работе мы представляем протокол с использованием оптической фототермической инфракрасной флуоресцентной гибридизации in situ (OPTIR-FISH), также известной как фототермическая FISH В СРЕДНЕМ ИНФРАКРАСНОМ ДИАПАЗОНЕ (MIP-FISH), для идентификации отдельных клеток и понимания их метаболизма. Эта методология может быть широко применена для различных приложений, включая картирование клеточного метаболизма с разрешением для одной клетки.
Целью наших исследований является разработка и применение OPTIR-FISH для идентификации отдельных клеток и анализа их метаболизма на уровне отдельных клеток. Мы стремимся понять, как отдельные клетки взаимодействуют в сложной среде, а также понять их физиологию и пути. Анализ метаболизма на уровне отдельных клеток, особенно в естественной среде, может дать бесценную информацию для выявления гетерогенных сложных активностей в биологических системах.
Тем не менее, параллельная задача дифференциации клеточной идентичности и выяснения метаболизма на уровне отдельных клеток остается сложной. Наша передовая платформа вибрационной визуализации Optical Photothermal Infrared предлагает изучение метаболизма отдельных клеток. В то же время, он, естественно, хорошо совместим с хорошо укоренившимися лесами гибридизации in situ для идентификации микробных видов.
Таким образом, прямая интеграция обеспечивает метаболизм и идентификацию при одном и том же разрешении изображения.
Обзор
В данной статье представлен протокол использования метода оптической фототермической инфракрасной флуоресцентной гибридизации in situ (OPTIR-FISH) для идентификации отдельных клеток и анализа их метаболизма на уровне единичных клеток. Данная методология направлена на изучение клеточных взаимодействий в сложных средах.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Клеточная биология
- Метаболический анализ
Введение
- Понимание метаболизма отдельных клеток имеет решающее значение для раскрытия сложных биологических процессов.
- Современные методы сталкиваются с трудностями при дифференциации клеточной идентичности в ходе анализа метаболизма.
- OPTIR-FISH сочетает в себе колебационную визуализацию с флуоресцентной гибридизацией in situ.
- Данный подход совместим с идентификацией видов микроорганизмов.
Цель исследования
- Разработать метод идентификации отдельных клеток.
- Проанализировать метаболизм на уровне отдельных клеток.
- Изучить клеточные взаимодействия в естественной среде.
Используемые методы
- Оптическая фототермическая инфракрасная визуализация.
- Флуоресцентная гибридизация in situ.
- Методы с разрешением на уровне одной клетки.
- Анализ клеточного метаболизма.
Основные результаты
- Успешная идентификация отдельных клеток с помощью OPTIR-FISH.
- Представление о клеточном метаболизме в сложных средах.
- Продемонстрированная совместимость с существующими методами идентификации.
- Потенциал для широкого применения в биологических исследованиях.
Выводы
- OPTIR-FISH является перспективным инструментом для изучения метаболизма отдельных клеток.
- Этот метод расширяет понимание клеточных взаимодействий и физиологии.
- Данная методология может привести к значительным достижениям в биологических исследованиях.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для индустрии
Метод OPTIR-FISH позволяет одновременно проводить идентификацию и метаболическое профилирование отдельных клеток в сложных микробных сообществах, восполняя критический пробел в анализе единичных клеток для биофармацевтических разработок. Этот двухмодальный подход повышает точность прогнозирования при изучении клеточной гетерогенности и метаболической функции, что способствует валидации мишеней на ранних этапах и снижению механистических рисков. Интеграция данных об идентичности клеток с их метаболической активностью с разрешением до одной клетки позволяет принимать обоснованные решения по формированию портфеля препаратов и ускоряет процессы трансляционных исследований.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Обеспечивает возможность прямого анализа метаболических путей в идентифицированных типах клеток для функциональной валидации мишеней.
- Поддерживает снижение механистических рисков за счет установления связи между фенотипом и метаболической активностью на уровне отдельных клеток.
- Повышает прогностическую уверенность при выборе мишеней за счет разрешения клеточной гетерогенности в системах, релевантных для заболевания.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка валидированных одноклеточных систем для последующего скрининга соединений и проведения метаболических анализов.
- Стандартизация количественных показателей метаболизма для воспроизводимой разработки анализа.
- Обеспечение возможности высокопроизводительного анализа метаболических сдвигов в ответ на экспериментальные воздействия.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет метаболические фенотипы с трансляционными биомаркерами в сложных микробных или клеточных средах.
- Обеспечивает преемственность от этапа открытия до доклинической валидации путем отслеживания метаболических ответов in situ.
- Поддерживает продвижение с учетом рисков, уточняя функциональную значимость клеточных субпопуляций.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Метод OPTIR-FISH интегрируется в процесс исследований — от раннего тестирования гипотез до идентификации перспективных соединений и доклинической валидации, обеспечивая надежный анализ на уровне отдельных клеток в рамках рабочих процессов НИОКР.
- Биология открытий: Связывает клеточную идентичность с метаболической функцией, поддерживая анализ путей на основе гипотез.
- Скрининг: Обеспечивает количественные, воспроизводимые метаболические показатели для подготовки анализа и оценки соединений.
- Аналитика: Предоставляет высококонтентные спектральные и флуоресцентные данные для сравнительного анализа условий.
- Трансляционные исследования: Связывает метаболические профили отдельных клеток с биомаркерами заболеваний, если это поддерживается изучаемой системой.
- Корпоративное повторное использование: Предлагает стандартизированную масштабируемую платформу для многократного использования в различных биологических моделях.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает точность прогнозов и снижает неопределенность механизмов при валидации мишеней.
- Операционная ценность: Стандартизирует метаболический анализ единичных клеток для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости.
- Стратегическая ценность: Улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет раннего выяснения клеточных функций.
- Влияние на портфель: Позволяет проводить приоритизацию с учетом рисков и продвигать программы по поиску новых лекарственных средств.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с методами флуоресцентной гибридизации in situ и вибрационного имиджинга.
- Необходим доступ к инфраструктуре оптической фототермической инфракрасной и флуоресцентной микроскопии.
- Требуется межкомандная стандартизация процессов подготовки образцов и анализа данных.
- Может потребоваться адаптация для различных микробных или клеточных систем в зависимости от дизайна зондов к рРНК и изотопного мечения.
- Пропускная способность и спектральное разрешение ограничены оборудованием для имиджинга и сложностью образцов.
