Los cuencos microscópicos descubren los secretos de las secreciones de proteínas

CLas células secretan una variedad de proteínas, como anticuerpos y factores de crecimiento, que afectan la salud humana, pero incluso dentro de un tipo de célula específico, algunas las celulas secretan más proteínas que otros.¹ Los científicos han luchado por establecer vínculos entre los genomas, los transcriptomas y los resultados funcionales de las células, lo que presenta un desafío clave para los investigadores que desarrollan terapias celulares. ¿Cómo pueden crear una terapia eficaz si no pueden identificar qué células producirán la proteína terapéuticamente más relevante?

En un estudio reciente publicado en Comunicaciones de la naturalezabioingenieros e inmunólogos unieron fuerzas para desarrollar partículas de hidrogel a microescala con diámetros de aproximadamente 35 micrómetros y cavidades de subnanolitros en forma de cuenco.² Estos nanoviales se pueden utilizar para medir la secreción de proteínas, los datos del transcriptoma y los marcadores de superficie de células individuales. El equipo demostró que estos nanoviales pueden revelar firmas moleculares asociadas con la secreción del anticuerpo inmunoglobulina G (IgG) de las células B. Con este enfoque, los científicos pueden identificar subpoblaciones de células que secretan proteínas más beneficiosas y aprovecharlas para desarrollar terapias.

Uno de los métodos más comunes para medir las secreciones celulares es el mancha inmunoabsorbente ligada a enzimas (ELISpot), un enfoque basado en enzimas desarrollado hace 25 años.³ Este enfoque no permite a los investigadores aislar posteriormente las células y analizarlas más a fondo, según Dino Di Carlobioingeniero de la Universidad de California, Los Ángeles y autor del artículo.

Aunque las tecnologías de microfluidos eran populares en los estudios celulares, Di Carlo se dio cuenta de que no eran adecuadas para la exploración en profundidad de la biología de células individuales. Sus cavidades nanoviales pueden revestirse con anticuerpos específicos de cualquier proteína de interés para medir las secreciones de células individuales, que se cargan en los nanoviales.

“La verdadera ventaja es que se pueden producir millones de estas pequeñas partículas. Puedes ponerlos en un tubo y otros pueden transferirlos y utilizarlos fácilmente y analizarlos”, dijo Di Carlo. “Es como un tubo de ensayo para una sola célula”.

Los nanoviales pasan a través de los canales de una plataforma de secuenciación de ARN unicelular sin interferir con el proceso de secuenciación normal, lo que permite analizar los transcriptomas de las células del interior. Los nanoviales también eran compatibles con métodos para analizar marcadores de la superficie celular, como la citometría de flujo. Al someter el mismo nanovial cargado de células a todos estos métodos, el equipo vinculó los datos sobre la secreción de proteínas, los niveles de marcadores de la superficie celular y los transcriptomas de células individuales. Llamaron a este método secuenciación unicelular codificada por secreciones (SEC-seq).

“Esta tecnología es apasionante. Básicamente permite identificar una función de una celda y luego seleccionarla”, comentó Frances Eun Hyung Leeun inmunólogo pulmonar de la Universidad de Emory que no participó en el estudio.

Una vez que los nanoviales estuvieron listos, Di Carlo quiso probarlos en muestras terapéuticas. el contacto Richard James, inmunólogo de la Universidad de Washington, que diseña terapias con células B y es coautor del estudio. El equipo de James había estado interesado en identificar las características de las células B que las hacen más efectivas para uso terapéutico, pero carecían de las tecnologías para hacerlo. La colaboración con Di Carlo fue exactamente lo que esperaba.

“Cuando Dino me contactó y comencé a leer un poco sobre su tecnología nanovial, me emocioné mucho con la idea de aplicarla en pantallas para encontrar las secuencias correctas para colocar en las células B para hacerlas muy productivas y realmente entender más. sobre la biología de las células de una manera que no se podía hacer antes”, comentó James.

James y su equipo cubrieron los nanoviales con anticuerpos dirigidos a IgG, la clase de anticuerpo más abundante producida por las células B humanas. Después de capturar las secreciones de las células, sometieron las muestras a citometría de flujo y secuenciación del transcriptoma unicelular.

Utilizando SEC-seq, el equipo encontró exactamente lo que buscaban: marcadores de superficie asociados con subpoblaciones de células B que secretaban altos niveles de IgG y genes con expresión regulada al alza en esas mismas subpoblaciones. Sin embargo, algunos de los resultados fueron sorprendentes. La cantidad de proteína IgG secretada por las células no se correlacionó con la transcripción del gen IgG, sino que se correlacionó con algunos otros genes.

“Parece que hay vías relacionadas con especies reactivas de oxígeno y la fosforilación oxidativa que parecen estar reguladas positivamente en las células que producen más proteínas”, comentó James. “No es lo que esperábamos”.

James y Di Carlo están explorando actualmente estos resultados inesperados con más profundidad para comprender mejor las relaciones entre las proteínas secretadas y sus firmas moleculares asociadas. También están inspirados para aplicar SEC-seq a otros tipos de células terapéuticamente relevantes. “Este es el comienzo de la apertura de todo este libro… desde el genoma, hasta su funcionamiento”, dijo Di Carlo. “Eso es lo que es emocionante”.

Referencias

1. Miwa H, et al. Clasificación unicelular basada en productos secretados para terapias celulares funcionalmente definidas. Microsistemas Nanoeng. 2022;8(1):84.
2. Cheng RY-H, et al. SEC-seq: asociación de firmas moleculares con secreción de anticuerpos en miles de células plasmáticas humanas individuales. comuna nacional. 2023;14(1):3567.
3. Slota M, et al. ELISpot para medir las respuestas inmunes humanas a las vacunas. Vacunas Rev Expertas. 2011;10(3):299-306.