Les scientifiques inventent une nouvelle façon de trier les cellules par type en utilisant la lumière


Les chercheurs ont développé et démontré une nouvelle méthode de tri cellulaire à haut débit qui utilise la spectroscopie Raman stimulée plutôt que l’approche traditionnelle du tri cellulaire activé par fluorescence. La nouvelle approche pourrait offrir un moyen non destructif et sans étiquette de trier les cellules pour diverses applications, notamment la microbiologie, la détection du cancer et la thérapie cellulaire.

Jing Zhang de l’Université de Boston présentera cette recherche à Frontiers in Optics + Laser Science (FiO LS), qui se tiendra du 9 au 12 octobre 2023 au Greater Tacoma Convention Center à Tacoma (grande région de Seattle), Washington.

« Notre approche (éjection cellulaire activée par Raman stimulée, S-RACE) offre un moyen innovant de trier les cellules en fonction de leur composition chimique intracellulaire à haut débit », explique Zhang. « Diverses analyses phénotypiques et/ou génomiques en aval pourraient être appliquées aux populations cellulaires séparées. De plus, sa compatibilité avec les petites cellules est avantageuse pour trier les bactéries et autres micro-organismes. Par exemple, en utilisant S-RACE, des agents pathogènes ou des cellules présentant des profils métaboliques spécifiques pourraient être directement capturés à partir de leur habitat naturel, par exemple des plans d’eau, du sol ou du tractus gastro-intestinal. Le séquençage ultérieur permet des tâches telles que l’identification de la taxonomie cellulaire et l’évaluation de la fonction écologique.

La cytométrie en flux est utilisée dans de nombreux domaines biomédicaux pour compter et caractériser rapidement divers types de cellules, notamment les cellules sanguines, les cellules souches, les cellules cancéreuses et les micro-organismes. Le tri des cellules en fonction de leur taille, de leur granularité ou de l’expression de leur surface cellulaire et de leurs molécules intracellulaires peut être utilisé pour mieux comprendre les processus biologiques ou pour séparer les cellules présentant certaines caractéristiques en vue d’une analyse supplémentaire.

Bien que la plupart des méthodes actuelles de tri cellulaire à haut débit reposent sur des signaux de fluorescence pour le tri, les marqueurs fluorescents peuvent perturber le fonctionnement cellulaire et ne peuvent pas être utilisés avec de petites molécules. La spectroscopie Raman est une alternative prometteuse car elle offre une mesure unicellulaire sans marquage et non destructive en obtenant une empreinte chimique de la cellule. Cependant, il a été difficile d’obtenir à la fois un signal Raman puissant et une configuration microfluidique pratique pour l’imagerie des cellules.

Dans leurs nouveaux travaux, les chercheurs décrivent comment ils ont surmonté ce défi en utilisant la spectroscopie Raman stimulée, qui produit un signal de plusieurs ordres de grandeur supérieur à la diffusion Raman spontanée, plus couramment utilisée. Pour le tri, des images Raman stimulées sont acquises pour identifier les objets ou les cellules d’intérêt, puis des miroirs galvo 2D pointent un laser pulsé de 532 nm vers la cellule. Enfin, un modulateur acousto-optique est utilisé comme sélecteur d’impulsions rapide afin que des impulsions laser uniques puissent être utilisées pour pousser la cellule sélectionnée dans le collecteur. Chaque éjection ne prend qu’environ 8 millisecondes.

Les chercheurs ont d’abord démontré leur méthode d’éjection de cellules activée par Raman stimulée en utilisant un mélange de billes de polymère de 1 micron, atteignant une pureté d’environ 95 % et un débit de 98 % avec environ 14 éjections effectuées chaque seconde. Ils ont également montré que la méthode pouvait être utilisée avec des bactéries fixées.

Pour appliquer la méthode de tri aux cellules de levure vivantes, les chercheurs ont ajouté une fine couche de gélose au module d’éjection pour protéger les cellules de la chaleur et du séchage et ont utilisé une boîte de gélose comme collecteur pour fournir plus de rembourrage et d’humidité lors de l’atterrissage des cellules. Les chercheurs ont utilisé le système pour éjecter environ 340 cellules de levure et ont observé une croissance cellulaire réussie dans la boîte de réception après environ 40 heures. Ils ont également montré que d’autres approches d’analyse génomique telles que la réaction en chaîne par polymérase quantitative pourraient être intégrées à l’approche de tri.

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