Il chip nanoPOTS originale (a sinistra) aveva 27 singoli nanopozzetti organizzati sulla superficie. Il nuovo chip nanoPOTS nidificato (a destra) ha una serie di 27 aree nidificate, ciascuna contenente nove nanopozzetti, sulla superficie. Credito:Andrea Starr | Laboratorio nazionale del Pacifico nord-occidentale
I ricercatori che tengono traccia del comportamento delle cellule tumorali cancerose hanno un nuovo strumento nel loro arsenale in grado di elaborare 10 volte il numero di cellule in un giorno. Un nuovo chip nanoPOTS annidato, sviluppato presso il Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), è stato riportato il 29 ottobre sulla rivista Nature Communications .
Il chimico analitico Ying Zhu ei suoi colleghi hanno descritto per la prima volta la tecnologia nanoPOTS nel 2018. NanoPOTS sta per Nanodroplet Processing in One pot for Trace Samples ed è un metodo per analizzare centinaia di proteine in singole cellule contemporaneamente.
"Le singole cellule lavorano di concerto. La capacità di analizzare le proteine in ogni cellula è la chiave per ottenere informazioni dettagliate sul ruolo biologico di ciascuna cellula", ha detto Zhu. "Da lì, possiamo iniziare a mappare il modo in cui le cellule lavorano insieme nei tessuti e negli organi". Zhu ha lavorato in un team con i colleghi dell'Environmental Molecular Sciences Laboratory, o EMSL, una struttura utente del Department of Energy Office of Science situata presso il PNNL, per utilizzare nanoPOTS per studiare le proteine nelle cellule del tessuto uterino del topo.
Nove nanopozzi per nido
La sfida per il metodo di proteomica unicellulare è gestire le piccole quantità di contenuto proteico all'interno di una singola cellula. Ogni proteina è importante durante la preparazione e l'analisi del campione.
Ogni campione viene quindi analizzato utilizzando una precisa tecnica di identificazione molecolare chiamata spettrometria di massa. Questo approccio utilizza campioni estremamente piccoli:più di 250 campioni unicellulari da un chip nanoPOTS possono stare in una goccia d'acqua.
La tecnologia originale nanoPOTS confinava i campioni in singoli nanopozzetti organizzati in una griglia sul chip. Questo approccio ha ridotto la perdita di campioni di oltre il 99% rispetto ad altre tecnologie dell'epoca.
Come descritto in Comunicazioni sulla natura , il design del nuovo chip nanoPOTS, chiamato N2, aumenta notevolmente il numero di pozzetti per chip a 243 nanopozzetti su un chip. Gruppi di nove nanopozzetti sono annidati in ciascuno dei 27 cluster nel chip.
Con il chip N2, Zhu ei suoi colleghi hanno analizzato circa 100 singole cellule di topo derivate dal polmone, dal sistema immunitario e dal vaso dei linfonodi ascellari. Hanno quantificato circa 1.500 proteine in ogni singola cellula e hanno utilizzato queste informazioni per classificare le cellule in base all'abbondanza di proteine.
"Stiamo anche lavorando per rendere questa tecnologia facile da usare per altri laboratori", ha affermato Zhu. Il chip N2 può essere prodotto in una camera bianca standard e abbiamo utilizzato un sistema di isolamento commerciale a cella singola per la gestione dei liquidi anziché un sistema personalizzato come prima."
PNNL ha recentemente concesso in licenza le tecnologie nanoPOTS alle società di biotecnologia SCIENION e Cellenion. Cellenion realizza il sistema di isolamento a cella singola che Zhu e i suoi colleghi hanno utilizzato con il chip N2.
"L'obiettivo di questa partnership è quello di combinare i sistemi commerciali di gestione dei liquidi di precisione con la piattaforma nanoPOTS per sviluppare un sistema efficace per la preparazione dei campioni per la proteomica basata sulla spettrometria di massa unicellulare", ha affermato Jennifer Lee, responsabile della commercializzazione di PNNL. + Esplora ulteriormente
