Opdatering af maskine til at sortere celler revolutionerer life science

Videnskabelige nybrud 13. mar 2022 3 min Head of Research Platforms Malte Paulsen Skrevet af Kristian Sjøgren

Kombination af flowcytometri og avanceret billedteknologi kommer ifølge forskere til fuldstændigt at ændre på mulighederne for at studere gener og sygdom.

Interesseret i Videnskabelige nybrud? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

I mere end 50 år har forskere haft glæde af flowcytometri, når de har studeret celler.

Flowcytometri har været kernen i mange revolutionerende videnskabelige opdagelser, hvor teknologien er blevet brugt til at isolere specifikke celler fra en blanding af mange forskellige celletyper.

Hidtil har flowcytometri dog været begrænset af, at brugerne af den kun har været i stand til at isolere celler baseret på simple egenskaber, eksempelvis udtrykket af alle proteiner og biomarkører i en celle.

Alt det kommer til at ændre sig nu.

Flowcytometri går en helt ny æra i møde, efter forskere har kombineret flowcytometri med avanceret billedteknologi.

Kombinationen gør, at forskere nu også kan isolere celler på baggrund af information fra billeder, eksempelvis placeringen af proteiner eller andre biomarkører inde i en celle. Disse informationer kan afsløre meget mere om cellefunktion, end det tidligere har været muligt med blot flowcytometri. Det er som at åbne cellernes kølerhjelm og være i stand til at se, hvad der foregår nede i motorrummet.

"Det her er et enormt fremskridt, der kommer til at ændre fundamentalt på den information, som vi kan få ud af flowcytometri. Applikationen kommer til at være lige så revolutionerende inden for life science, som smartphones var det for telekommunikation," fortæller forskningsleder Malte Paulsen fra The Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine, reNEW ved Københavns Universitet.

Forskningen er offentliggjort i Science.

Som at fjerne skyklapper

Den nye applikation går under navnet high-throughput image-enabled cell sorting (ICS) og gør det muligt at lave helt nye undersøgelser af celler.

Malte Paulsen fortæller, at forskere i mange år har haft en drøm om at kunne tage billeder af celler og sortere dem i forhold til data ekstraheret fra disse billeder. Samtidig skal det være muligt at gøre det så hurtigt, at det forskningsmæssigt giver mening.

Det er ICS i stand til.

ICS kan opdele celler i en celleprøve ud fra visuelle data med en hastighed på 15.000 celler i sekundet.

Det gør, at cellesortering, der før ICS tog dage eller uger, i dag kan gøres meget hurtigere og med meget større præcision.

"Det har tidligere været en flaskehals i bioteknologisk forskning, at vi ikke har haft metoder til hurtigt at isolere celler ud fra karakteristika som for eksempel mængden af en given biomarkør i cellen, eller hvordan cellen ser ud. Det løser denne teknologi, fordi den gør det muligt for os at sortere tusindvis af celler i løbet af få øjeblikke," forklarer den ledende forsker bag beskrivelse af ICS, ph.d. Daniel Schraivogel fra EMBL Heidelberg i Tyskland.

Han sammenligner tiden før ICS som at gå igennem et museum med skyklapper på.

"ICS fjerner skyklapperne, så vi nu kan se og studere det hele," siger Daniel Schraivogel.

Kan opdele celler ud fra stadie i cellecyklus

Forskerne har allerede lavet flere forsøg for at vise, hvad ICS er i stand til. Blandt andet har de lavet et forsøg, hvor de har adskilt celler baseret på deres stadie i cellecyklus.

Mitose er den universelle proces, hvormed celler deler sig i nye datterceller, og den er ofte dysreguleret ved kræft eller andre sygdomme.

Når celler skal dele sig, bliver genomet i cellerne kopieret og pakket i kompakte kromosomer, hvorefter de bliver delt i de nye datterceller. Det sker trinvist for at sikre, at alle processerne forløber i takt, så dattercellerne begge bliver identiske kopier af modercellen.

Ved brug af ICS har forskerne været i stand til at sortere cellerne ud fra, hvor langt de har været i forhold til at dele sig.

"Under et mikroskop kan man godt se, når arvemassen bliver delt i to, men det har ikke før nu været muligt med flowcytometri at opdele celler i forhold til deres stadie i cellecyklussen. Det kan vi gøre med ICS, og det er interessant, fordi vi så kan udtage tusindvis af celler på et specifikt tidspunkt i cellecyklus og studere dem på proteinniveau," siger Malte Paulsen.

Fandt nye gener i velkendt signalvej

Et andet revolutionerende forsøg involverer signalvejen NFkB, der spiller en central rolle i cellulær immunitet.

Forskerne gjorde det i forsøget, at de i en cellekultur ødelagde alle menneskets 18.000 gener celle for celle og ét gen per celle.

Efterfølgende kørte forskerne celleprøven gennem ICS og fik den til at isolere alle de celler, der havde fået ændret NFkB-signalvejen. Derved kunne forskerne finde ud af, hvilke gener der spillede en rolle i signalvejens funktionalitet.

Signalvejen er i forvejen velundersøgt, men forskerne kunne alligevel med ICS finde flere og hidtil ukendte gener, der spiller ind i funktionen af NFkB.

"Det kan være en gamechanger inden for medicinsk forskning, at vi kan identificere funktionen af meget mere af vores arvemasse. Vi kan få en meget bedre forståelse for sygdomsmekanismer eller identificere nye mål for medicinsk behandling," siger Daniel Schraivogel.

Teknologi gjorde det muligt at lave ICS

Malte Paulsen forklarer, at forskere førhen har forsøgt at lave lignende teknologier, men at det ikke har været muligt før nu. De teknologiske muligheder har ikke været der.

Avanceret teknologi fra blandt andet telekommunikation og billedanalytiske værktøjer er dog i dag blevet så gode, at muligheden for at lave ICS opstod.

En af de store fordele ved ICS er desuden, at det ikke kræver en hær af teknikere at bruge apparatet. Det kræver bare forskeren og hans eller hendes celleprøve.

"Med ICS kan vi begynde at stille nogle meget svære cellulære eller genetiske spørgsmål, som vi ikke har kunnet stille før, fordi det meget simpelt ikke har været muligt at besvare dem. Det er det nu," siger Malte Paulsen.

"High-speed fluorescence image–enabled cell sorting" er udgivet i Science. Medforfatter Malte Paulsen er tilknyttet Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine, reNEW ved Københavns Universitet.

Malte Paulsen is by training a molecular developmental biologist and obtained his PhD with Christof Niehrs at the German Cancer Research Centre and th...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020