Nuevo dispositivo de Nano detecta Sistema Inmune Señalización Celular

Mayo 14, 2016 Admin Salud 0 12
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Las señales de los investigadores detectaron su origen en las células dendríticas - los centinelas del sistema inmune que hacen que el reconocimiento inicial de invasores microscópicos - y fueron recibidos por vecinos células T, que desempeñan una serie de funciones importantes en el sistema inmunológico, incluyendo la coordinación de los ataques los agentes que causan la enfermedad o infección.

Las señales químicas de cambio cuando las células están en contacto se han estudiado ampliamente. Pero no fue posible detectar los mensajes químicos que viajan entre las células que están cerca, pero no en contacto - llamado señales paracrinas - porque están muy localizados y se producen en concentraciones que estaban por debajo de los niveles de detección. Una nueva tecnología, llamada nanophysiometer multi-trampa, estaba obligada a probar la existencia de señalización sin contacto. Este es uno de los primeros dispositivos de microfluidos que se ha aplicado con éxito para el estudio de la señalización célula-célula en el sistema inmune.




Una descripción detallada de nanophysiometer multi-trampa (MTN) y cómo se ha permitido el descubrimiento accidental de señalización paracrina se ha publicado en línea por la revista Lab on a Chip. El nuevo dispositivo fue desarrollado por un equipo de investigadores del Instituto de Integrativa Biosystems Investigación y Educación de Vanderbilt dirigido por John P. Wikswo, el profesor Gordon University A. Caín en Vanderbilt.

"Esta es una tecnología innovadora y potencialmente muy útil", dice el co-autor Derya Unutmaz, ahora profesor asociado de microbiología en la Escuela de Medicina de la Universidad de Nueva York. "La capacidad de estudiar el comportamiento de las células individuales puede no ser tan crítico si usted está estudiando el corazón o los músculos, que se forman en su mayoría por células uniformes, pero es crucial para entender cómo funciona el sistema inmunológico. La amplia vigilancia del cuerpo que conduce requiere una comunicación entre docenas de diferentes tipos de células inmunes ".

La razón de esto es que las células dendríticas, células T y células B del sistema inmune, que tienden a concentrarse en los ganglios linfáticos dispersos por todo el cuerpo, de función como células individuales, separados. Si las células dendríticas detectan invasores en el cuerpo, que migran rápidamente a los ganglios linfáticos y tienen que encontrar las células T adecuados para advertir a ellos. Pero, ¿cómo las células dendríticas atraen las células T correctas entre millones de células dentro de los ganglios linfáticos sigue siendo un rompecabezas inmunológica.

Los científicos han intentado desarrollar sistemas para el análisis de células individuales para un número de años. Debido a las dificultades de mantener las células normales en vivo, se han visto obligados a usar células que han sido modificadas genéticamente para que puedan ser cultivadas indefinidamente. Aunque la alteración "inmortalizado" células, limita considerablemente su utilidad. La MTN es el primer sistema que puede monitorear cambios bioquímicos en un gran número de células normales o primaria en el nivel de células individuales durante períodos prolongados, dice Unutmaz.

El nuevo dispositivo está constituido por una serie de canales para el tamaño de cabello impreso en un tipo particular de plástico que se pega en el fondo de un cubreobjetos de microscopio. Un tamaño de caja de zapatos de la bomba empuja el fluido (normalmente los medios utilizados para cultivar las células) a través de un canal que se abre en una cámara llena de cientos de pequeñas, pozos de tres lados bastante pequeña trampa de células individuales. Cuando las células se inyectan aguas arriba, se encuentran atrapados pasivamente en los pocillos y se llevan a cabo exclusivamente por el fluido que fluye fuera de los agujeros más pequeños y fondos. Al controlar con precisión la velocidad de flujo, los investigadores pueden mantener las células normales vida durante más de 24 horas.

Los investigadores monitorean las células con una cámara digital conectada a un microscopio estándar normalmente toma imágenes cada 30 segundos. Han escrito un software que les permite analizar los movimientos y reacciones de las células individuales. Pueden grabar diversos comportamientos celulares mediante la inyección de diferentes colorantes fluorescentes en las células. Por ejemplo, cuando las células T vírgenes están listos para una respuesta inmune, la concentración de iones de calcio en su citoplasma salta. Así, cuando el citoplasma contiene un colorante fluorescente que cuando entra en contacto con el calcio, emite luz brillantemente suficiente para ser fácilmente detectada.

El sorprendente descubrimiento de la señalización paracrina fue hecho por el estudiante graduado Shannon Faley, ahora un investigador asociado postdoctoral en la Universidad de Glasgow, Escocia. Llenó una habitación con nanophysiometer ingenuo células T humanas y luego añadió células dendríticas maduras. Él estaba buscando evidencia de la activación de células T cuando las células T y células dendríticas estaban atrapados en el mismo bien y han estado en contacto. Este contacto es parte del proceso que permite a las células dendríticas para transmitir información sobre los invasores potencialmente infecciosos a las células T ingenuas, que pueden comenzar dividirse para producir un ejército de células T efectoras medida diseñada para atacar a los invasores.

Faley vio lo que estaba buscando, pero él también se dio cuenta de algo inesperado: algunas células T que quedaron atrapados en los pozos de aguas abajo de los que tienen las células dendríticas, que nunca habían estado en contacto directo con ellos, también fueron esclarecedora. "Mi reacción cuando los vi fue:" ¿Qué diablos está pasando? '", Dice.

"Cuando vio esto, Shannon hizo algo muy inteligente", dice Wikswo. "Él tomó una habitación y lleno de células dendríticas y tomó una segunda cámara y se llena con células-T. Entonces enganchó la segunda cámara de aguas abajo de la primera." Cuando lo hizo, las células T en la segunda cámara de inmediato comenzaron la luz, lo que demuestra que las células dendríticas maduras liberaban un factor químico que activa las células T vírgenes y sin contacto.

"En este momento no sabemos lo que este factor es o cuál es su función", dice Faley. Según Unutmaz, una función lógica para esta señal sería la de obtener las células T a las células dendríticas que tienen información importante que les daría. Esta suposición se ve reforzada por la observación de que las células dendríticas inmaduras no producen este factor pero madurar células dendríticas inmunogénicas - aquellos que han encontrado un patógeno o la señal de peligro - do.

Cuando Faley tratado de duplicar este resultado utilizando técnicas inmunológicas estándar, sin embargo, el resultado fue negativo. El método estándar es crecer un cultivo de células dendríticas en un frasco de cultivo, la adición de células T y en busca de una reacción. Si la densidad celular es demasiado grande, las células comienzan envenenamiento entre sí, se queda sin alimento y mueren. Así que la práctica estándar es la de mantener la densidad a un nivel suficientemente bajo para que las células permanezcan saludables cuando se cambia la célula de apoyo diaria.

"Esto representa un factor de dilución de 100 en comparación con nanophysiometer" dice Wikswo. "Así, el factor producido por las células dendríticas era demasiado diluido para activar las células T". No fue sino hasta Faley rehizo la prueba estándar con células densidades 10 veces mayor de lo normal, que obtuvieron las células T para activar.

"Esta es una de las ventajas de nanophysiometer; suspende células extremadamente pequeños volúmenes que están mucho más cerca de lo que experimentan en el cuerpo y utiliza el flujo de fluido lento para mantener vivas las células", dice Wikswo.

Esto no sólo es importante la capacidad de mejorar nuestra comprensión de cómo el sistema inmune, pero también puede ser la clave para entender por qué el sistema falla, como en casos como el cáncer y el VIH/SIDA, dice Dana Marshall, profesor asociado en el Colegio Médico Meharry. Ella y el grupo Wikswo han presentado una propuesta para utilizar la técnica para estudiar los cánceres de mama triple negativo, una de las formas más letales de cáncer de mama.

"La capacidad de mirar a la señalización entre las células tumorales y las células del sistema inmunológico es muy poderoso", dice Marshall. "Con base en la evidencia, el sistema inmune trata de suprimir las células cancerosas, pero no puede hacerlo. No está claro por qué no funciona. Si somos capaces de entenderlo, entonces deberíamos ser capaces de desarrollar tratamientos más efectivos. "

Además, el multi-trampa nanophysiometer podría proporcionar una mejor manera de identificar las formas más eficaces de quimioterapia a utilizar para cada individuo, Marshall sugiere. Hay suficientes células en una biopsia típica para cargar una cámara con células tumorales y un segundo dormitorio con las células del sistema inmune de un paciente, los someten a diferentes agentes quimioterápicos y ver cómo los dos grupos de células responden. "A menudo, cuando falla la terapia, el tumor responde a un tratamiento de quimioterapia por un período de tiempo y luego se detiene. Este enfoque puede ayudar a entender por qué sucede esto", dice Marshall.

La investigación fue financiada por subvenciones de la Agencia de Defensa de Proyectos de Investigación Avanzada, Fuerza Aérea Oficina de Investigación Científica, los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Vanderbilt para Integrativa Biosystems Investigación y Educación y la Biología de Sistemas y Bioingeniería de Investigación de Pregrado Experiencia.

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