Une nouvelle plate-forme robuste de cytométrie en flux promet d’analyser les populations cellulaires pour profiler leurs caractéristiques métaboliques dynamiques.
Une nouvelle plate-forme établie par des chercheurs du Single-Cell Center, Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of the Chinese Academy of Sciences (QIBEBT/CAS) améliore la précision, le débit et la stabilité du profilage des caractéristiques métaboliques dynamiques des cellules.
Leur étude, publiée dans Sciences avancées le 4 mars 2023, décrit comment cette nouvelle technologie prend des instantanés basés sur le métabolisme des populations cellulaires, y compris les plantes (microalgues), les levures, les bactéries comme E. coliet les cancers humains (1).
Les caractéristiques qui découlent de facteurs tels que l’alimentation, le mode de vie, le microbiome intestinal et la génétique, qui sont tous des phénotypes métaboliques, impliquent une analyse approfondie des populations cellulaires grâce à des techniques analytiques telles que la spectrométrie de masse (MS) et la cytométrie en flux basée sur la fluorescence.
Cependant, pour utiliser ces techniques efficacement, ces méthodes nécessitent de marquer les cellules avec des colorants fluorescents ou de les détruire complètement. Ces exigences ont contrecarré un déploiement plus large. Pour relever ces défis, l’équipe de recherche QIBEBT/CAS a lancé une nouvelle plate-forme de cytométrie en flux robuste qui n’a pas besoin d’étiqueter ou de détruire la cellule pour effectuer ces instantanés basés sur le métabolisme.
« La nature universellement applicable et à haut débit de la plate-forme suggère que la cytométrie en flux basée sur Raman peut commencer à servir un large éventail d’applications nouvelles qui impliquent le profilage du phénome métabolique », a déclaré Wang Xixian, qui est l’auteur de l’étude et professeur agrégé au Single- Centre Cellulaire de QIBEBT.
Dans leurs travaux précédents, l’équipe de recherche QIBEBT/CAS a proposé le concept de “ramanome”, qui était une méthode rapide, peu coûteuse et à haut débit pour profiler les caractéristiques métaboliques dynamiques d’une seule population de cellules génétiquement identiques. Cette approche reposait fortement sur une collection de spectres Raman unicellulaires (SCRS), qui sont des empreintes digitales structurelles par lesquelles les molécules peuvent être identifiées. Chaque SCRS spontané à spectre complet (fs-SCRS) abritait des milliers de pics, qui correspondaient à une vibration de liaison moléculaire spécifique et représentaient potentiellement un phénotype métabolique.
L’acquisition d’un ramanome par microscopie Raman était généralement une méthode à faible débit lorsque les cellules sont statiques, selon l’étude. Par exemple, la collecte d’un ramanome de microalgues peut prendre quatre heures et n’atteindre qu’une faible profondeur d’échantillonnage. En revanche, d’autres méthodes, telles que la cytométrie en flux Raman (RFC) et la cytométrie en flux Raman spontanée, sont associées à un débit d’acquisition de ramanome beaucoup plus élevé. Ces méthodes sont limitées par des niveaux élevés de bruit de fond, un contenu d’information médiocre en raison d’une plage spectrale étroite et une faible sensibilité en raison d’une faible résolution spectrale.
Pour lutter contre ces limitations, l’équipe de recherche QIBEBT/CAS a fait progresser la technologie ramanome en développant et en lançant un système robuste de cytométrie en flux basé sur Raman pour fs-SCRS avec une grande précision, un débit élevé et un fonctionnement stable. Désigné comme cytométrie en flux Raman basée sur la diélectrophorèse positive, activée par le tri des gouttelettes, induite par le tri déterministe, basée sur le déplacement latéral (pDEP-DLD-RFC), le nouveau système atteint une stabilité de fonctionnement avec un temps de fonctionnement soutenu pour un échantillonnage en profondeur de populations cellulaires métaboliquement hétérogènes, un piégeage précis des cellules en mouvement rapide et un alignement de cible laser pour une acquisition efficace des spectres.
Les premiers tests dans FlowRACS ont démontré une spécificité chimique et une précision de discrimination de 99,9 %, ainsi que des vitesses et un débit de profilage élevés.
“Pour les populations isogéniques de levures, de microalgues, de bactéries comme E. coli et de cellules cancéreuses, pDEP-DLD-RFC produit des ramanomes profonds et hautement productibles qui révèlent des phénomes riches à résolution unicellulaire avec un débit élevé et sans qu’il soit nécessaire d’étiqueter le cellule avec des sondes de fluorescence, FlowRACS est donc un outil universellement applicable pour profiler et trier les cellules dans la nature en fonction de leur fonction métabolique », a déclaré l’auteur co-correspondant Xu Jian, du Single-Cell Center de QIBEBT.
Les améliorations obtenues par pDEP-DLD-RFC promettent une large utilité dans le profilage métabolique des systèmes cellulaires avec des applications dans la recherche médicale et les sciences de la vie, entre autres domaines.
Dans de futures études, l’équipe de recherche explorera des méthodes pour essayer d’atteindre quatre objectifs : aligner plus efficacement des cellules plus petites ; intégrer pDEP-DLD avec diffusion Raman améliorée en surface pour réduire le temps d’acquisition ; incorporer une stratégie de focalisation en ligne pour détecter plusieurs cellules pour le SCRS en parallèle ; et rationaliser le séquençage ou la culture unicellulaire.
Référence
(1) Wang, X. ; Ren, L.; Diao, Z.; Hé.; Zhang, J.; Liu, M.; Li, Y.; Sun, L.; Chen, R.; Ji, Y.; Xu, J.; Ma, B. Cytométrie en flux Raman spontanée robuste pour le profilage de phénomes métaboliques unicellulaires via pDEP-DLD-RFC. Adv. Sci. EST CE QUE JE:
