Дослідники провели поділ ракових клітин за допомогою магнітного поля

Американські вчені запропонували сортувати мертві й живі клітини за допомогою магнітного поля: клітини протікають через невеликий канал між магнітами й опиняються на різній висоті за рахунок різної щільності. Дослідники провели неруйнівний поділ на ракових клітинах молочної залози з різними концентраціями клітин — сортування проходило всього пів години. Робота опублікована на сайті biorxiv.org.

Для токсикологічних досліджень і трансплантації кровотворних стовбурних клітин потрібно відокремити живі клітини від мертвих. На сьогодні вчені сортують клітини за допомогою фарбувальних міток, але, на жаль, фарбувальні агенти значно впливають на життєздатність клітин, а центрифугування може пошкодити деяким клітинам (наприклад, лейкоцитам). Альтернативні методи (мікрофільтрація, акустофорез і діелектрофорез) більш ефективні у вартості, хоч і втрачають в селективності. Тому біологи шукають недорогий, неруйнівний і метод без використання міток.

Елліот Чин (Elliot K. Chin) і Колін Грант (Colin A. Grant) продовжили дослідження магнітної левітації однієї клітини й запропонували використовувати її для поділу живих і мертвих клітин. Для цього вчені запускали потік живих і мертвих клітин через мікрофлюідний канал із двома магнітами, які перерозподіляли клітини по щільності (у живих клітин щільність менша, ніж у мертвих).

Дослідники назвали свій пристрій CelLEVITAS, маючи на увазі, що клітини в такому мікрофлюідному каналі левітують під впливом магнітного поля. Рушійна сила розподілу клітин за висотою каналу — різниця в магнітній сприйнятливості між клітиною і парамагнітним навколишнім середовищем, в ролі якого виступає гадобутрол — нетоксичний хелатний комплекс, що містить іон гадолінію, який застосовується в якості контрастного агента для МРТ. Це змушує клітину рухатися від кордонів магнітів до середини каналу, де магнітне поле мінімальне. Однак на клітину ще впливають гравітація і сила Архімеда, а тому положення рівноваги трьох сил зміщується щодо центру каналу. Така система значно знижує час сортування живих і мертвих клітин до однієї стадії в 30 хвилин.

Коли клітина вмирає, вона змінюється в розмірах і, відповідно, щільності. В якості перевірки сортування по щільності в магнітному полі вчені провели випробування без потоку рідини. Для перевірки сортування вони змішали живі і мертві ракові клітини молочної залози, які попередньо пофарбували: живі клітини за допомогою кальцеіна-АМ в зелений, а мертві за допомогою йодиду пропідіума в червоний. Потім клітинну суміш помістили в парамагнітну середу, в якій за 15 хвилин живі і мертві клітини встановилися на певних висотах в залежності від концентрації парамагнітного рідкого середовища. Найкращий поділ клітин відбувався при концентрації в 50 мілімоль, при якому між живими і мертвими клітинами було 235,9 мікрометра.

Висота рівнів живих і мертвих клітин в статичному експерименті в залежності від концентрації парамагнитного середовища

Потім дослідники поспостерігали за процесом сортування в реальному часі: пофарбована суміш клітин знаходилася між магнітами протягом 30 хвилин, при цьому кожну хвилину проводилося знімання. Вчені виявили, що живі клітини швидко розмістилися на своїй висоті за десять хвилин, в той час, як мертві клітини повільно переміщалися на дно каналу протягом усього часу витримки.

Процес поділу живих і мертвих клітин в потоці мікрофлюідного каналу. Знизу — зеленим пофарбовані живі клітини, червоним пофарбовані мертві

Щоб продемонструвати застосування CelLEVITAS для збагачення живих клітин, вчені внесли в потік суміш клітин, яка після проходження через магнітну ділянку розподілялася по двох каналах. Сортування успішно проходило і при малих концентраціях клітин (50-100 клітин на мілілітр), так і при великих (200 тисяч клітин на мілілітр), а також при різних співвідношеннях мертвих і живих клітин (від 10 до 50 відсотків живих клітин в суміші). Кількість живих клітин у відповідному вихідному каналі була приблизно однаковою для будь-яких співвідношень — близько 75 відсотків.

Автори сподіваються, що за допомогою такої технології можна буде розділяти тендітні клітки, як наприклад: макрофаги, адипоцити, кардіоміоцити і Шваннівські клітини, а також виділяти рідкісні клітинні лінії набагато дешевше нинішніх методів. У майбутніх роботах вони планують використовувати технологію CelLEVITAS для оцінки чутливості ракових клітин до ліків — в реальному часі можна буде визначити чутливі і резистентні клітинні популяції.