漂うガムドロップの列のように見えるものは、臨床研究者と実験科学者の両方にとって豊富な情報を保持することができます.生物工学者と遺伝学者のチームは、単一の生きている細胞を磁石の間に吊るし、浮遊する高さに基づいてその密度を測定できる装置を設計しました。このような測定は、さまざまな種類の細胞を分類するために使用できます。たとえば、がん細胞と健康な細胞を区別したり、薬物にさらされたときに細胞がどのように変化するかを測定したりできます.
米国科学アカデミー紀要で今日オンラインで公開されたアプローチのデモンストレーション 、ダラスにあるテキサス大学サウスウェスタン医療センターの癌生物学者であるジョン・ミンナは、「もし本当なら、多くのことを大きく変える可能性のある非常に驚くべきものです.」と述べています.
研究者たちは以前、磁石を使って生きたカエルなどの生き物全体を浮揚させたことがあり、その奇妙なデモンストレーションは著者にイグ ノーベル賞をもたらしました。カリフォルニア州パロアルトにあるスタンフォード大学の生物工学者である Utkan Demirci は、「自然界のすべての物質、すべての細胞は磁化率を持っています。しかし、彼と彼の同僚は、磁石を使用して組織の小さな断片を操作して組み立てる新しい方法を探していました.約20ミクロン未満の物体の場合、磁力は非常に小さくなり、自重を持ち上げないでください。」浮揚へのもう 1 つの一般的なアプローチは、物体を酸化鉄粒子で満たすことです。しかし、それは生きている細胞にとって有毒です。
この問題を回避するために、Demirci のグループは、細胞自体の磁気特性ではなく、周囲の媒体をいじりました。研究チームは、つまようじほどの大きさの 2 つの長くて薄い磁石の間に、液体で満たされた狭いチャネルを作成しました。彼らはこの流体にガドリニウムの粒子を混入した。ガドリニウムは強力な磁気を帯びており、MRI のコントラストを高めるために患者に投与されることもある。磁場はガドリニウムを下向きに引っ張るように形成されているため、金属粒子が細胞を上向きに押し上げ、ボートを浮かせるのと同じような浮力を生み出します.
つまり、細胞が浮遊する高さはその密度に依存します。ガドリニウム培地とまったく同じ密度の細胞は、チャネルの中央でホバリングしますが、より密度の高い細胞はわずかに沈みます。光を顕微鏡に反射するチャネルに沿ってミラーを配置することで、研究者は浮遊細胞をリアルタイムで観察できました。
その後、研究者たちは、さまざまな種類の細胞が独特の高さで浮揚していることを観察しました。たとえば、がん細胞はより密度の高い血液細胞の上に浮いており、臨床医は患者のサンプルから循環しているまれな腫瘍細胞を見つけることができます。このデバイスは、赤血球と白血球を区別することもできます。つまり、化学療法の一般的な合併症であり、患者が感染しやすい兆候である低白血球数を検出するために使用できます。
細胞を選別するための従来の方法は、特定の種類の細胞に存在するが他の細胞には存在しない表面タンパク質に付着するように設計された蛍光分子タグに依存しています。カリフォルニア大学リバーサイド校のバイオエンジニアであるウィル・グローバーは、密度による選別は魅力的な代替手段であると述べています。一つには、ユニークなラベルをデザインするよりもはるかに簡単かもしれません. 「密度は無料です」と Grover 氏は言います。 「細胞に何もする必要はありません。」
この技術は、より信頼性の高い診断テストにもつながる可能性があります。がん細胞は非常に多様であるため、特定のがん細胞は分子標識が付着するはずの抗体を保有していない可能性があります。そして、そのようなエラーは、偽陽性および偽陰性の結果につながる可能性があります。浮揚する細胞のダンスは、薬の効能に関する情報も伝えることができます。細胞が死ぬと、その多孔質膜のチャネルが周囲の液体を取り込み、密度を上げてチャンバーの底に沈みます。研究者は、腫瘍や細菌の株から、どの個々の細胞が薬物治療を生き延びたのかを特定し、それらをさらに研究することができました。これは、現在の培養と染色のテストでは不可能であると Demirci は言います.
浮遊は、細胞密度を測定するための唯一の方法ではない、とGroverは述べている.Groverは、単一の生細胞を小さな共振器に貼り付け、その振動の変化を測定することにより、それらの重量を量る別の技術を開発した.このアプローチは一度に 1 つの細胞を測定するため、新しい磁気プラットフォームにはプロセスのスケールアップに利点がある可能性がある、と Grover 氏は言います。これまでのところ、セットアップは 1 時間あたり約 3000 セルを処理できます。しかし、Grover は、細胞を蛍光標識する既存の技術は、1 時間で何百万もの細胞を分類できると述べています。遠心分離機を使用して、細胞をまとめて大雑把に選別することもできます。しかし、その技術では、個々の細胞の密度を知ることも、リアルタイムの密度変化を観察することもできません.
研究者は現在、デバイスの感度の限界をテストし、細胞株を互いに確実に区別できる数を把握するために取り組んでいます。彼らはまた、携帯電話のカメラに取り付けて、迅速かつポータブルな診断テストとして使用できるバージョンも開発しています。
