Un equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur desarrolló un sistema de detección intracelular automatizado, que proporciona un enfoque de alta eficiencia para revelar las características intrínsecas celulares y la heterogeneidad para una mejor investigación de la progresión de la enfermedad o el diagnóstico temprano de la enfermedad. El nuevo trabajo de investigación fue publicado el 2 de septiembre en la revista Sistemas Cyborg y Biónicos.

La medición de los procesos bioquímicos intracelulares es importante para comprender cuantitativamente la función de los sistemas biológicos. La detección intracelular basada en nanopipetas es un método de medición in situ, sin etiquetas y no destructivo. Sin embargo, el pequeño tamaño de las células y la punta de la nanopipeta dificultan la medición intracelular eficaz mediante manipulación manual, lo que supone un obstáculo para obtener datos estadísticamente significativos. Por lo tanto, los investigadores diseñaron un sistema de detección intracelular altamente eficiente y consistente mediante la integración de tecnología de automatización.

En primer lugar, se diseñó el sensor basado en nanopipetas con un diámetro de punta de alrededor de 100 nm, en el que se utilizó un anillo de platino en la punta de la nanopipeta como electrodo de trabajo para la detección electroquímica de especies reactivas de oxígeno (ROS). Al mismo tiempo, el sensor se montó en un micromanipulador de alta precisión con una resolución de movimiento de 5 nm y se utilizó un microscopio de fluorescencia invertido para la retroalimentación visual.

Además, el equipo propuso un algoritmo de detección de células sin etiquetas, que puede evitar la influencia de la tinción fluorescente en las células y ubicar con precisión los sitios de penetración para una medición intracelular de alta eficiencia. El algoritmo mueve automáticamente las celdas a un plano de desenfoque para maximizar la diferencia de escala de grises entre las celdas adherentes y el fondo, lo que simplifica la detección de celdas y mejora la tasa de reconocimiento de celdas.

Además, se desarrolló un posicionamiento de punta de nanopipeta sin sobreimpulso para evitar el daño de la punta causado por la colisión de la punta con el plato de la celda durante el enfoque automático. Específicamente, los coeficientes de correlación normalizados durante la comparación de plantillas en diferentes posiciones del eje z se utilizaron como medida de enfoque para enfocar automáticamente la punta de la nanopipeta sin sobrepasarse ni dañar la punta.

Además, se utilizó la detección de proximidad basada en la retroalimentación de la corriente de iones para determinar con precisión la altura relativa entre la punta de la nanopipeta y el superficie celular debido al grosor muy variado de las células adherentes. Cuando la punta de la nanopipeta se acerque a la celda, la celda bloqueará gradualmente la punta y la corriente iónica a través de la abertura de la punta disminuirá. Por lo tanto, la altura relativa entre la punta y la celda se puede medir con precisión.

Finalmente, la penetración celular y la detección electroquímica de ROS fueron evaluadas por células de cáncer de mama humano y células de embrión de pez cebra, y la variación de las señales de ROS indica que el sistema es capaz de una respuesta altamente selectiva a ROS y medición cuantitativa de ROS intracelular.

Este trabajo proporciona un enfoque sistemático para la detección intracelular automatizada de células adherentes, lo que sienta una base sólida para la detección, el diagnóstico y la clasificación de alto rendimiento de diferentes formas de reacciones bioquímicas dentro de células individuales. Además, el sistema propuesto también tendrá aplicaciones importantes en el rastreo de linaje para Biología del desarrollo y manipulación de alta resolución de orgánulos en vivo celdas individuales para investigar las causas específicas de las enfermedades y el desarrollo de nuevas terapias.

El artículo, "Detección electroquímica intracelular robótica para células adherentes", se publicó en la revista Sistemas Cyborg y Biónicos en septiembre 2, 2022.

Proporcionado por
Prensa del Instituto de Tecnología de Beijing