Pesquisadores da Washington University em St. Louis vêm estudando cílios há anos para determinar como sua disfunção leva à infertilidade e outras condições associadas a doenças relacionadas aos cílios. Agora, eles serão capazes de realizar esses estudos mais rapidamente por meio de um novo método que usa ondas sonoras para capturar momentaneamente as células impulsionadas pelos cílios, em seguida, os libera para medir seus movimentos enquanto eles nadam para longe.

Uma equipe interdisciplinar liderada por J. Mark Meacham, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais na McKelvey School of Engineering, e os alunos em seu laboratório usaram uma abordagem microfluídica acústica que usa ondas estacionárias ultrassônicas dentro de uma pequena câmara cheia de fluido para coletar grupos de células de algas verdes unicelulares Chlamydomonas reinhardtii, um organismo modelo para estudar cílios humanos. A chamada armadilha acústica aproveita as propriedades dos materiais dos corpos celulares para mantê-los no lugar sem danificá-los. Ao coletar primeiro as células, a equipe pode analisar com eficiência centenas de células em minutos. Os resultados foram publicados e apresentados na contracapa da revista Matéria Macia no dia 12 de junho, 2019, edição impressa.

"Pense nisso como uma pequena gaiola feita pelo campo de ultra-som, "Meacham disse." As células estão tentando encontrar uma maneira de escapar, mas são empurradas para trás pelas ondas que compõem as paredes da gaiola. Quando as paredes são removidas, eles são livres para correr. "

Cílios são minúsculas estruturas semelhantes a cabelos nas células que revestem nossos pulmões, nariz, cérebro e sistemas reprodutivos. Eles são projetados para varrer fluidos e micróbios para manter as pessoas saudáveis. Quando eles funcionam mal, infertilidade, infecções crônicas do ouvido médio, água no cérebro e outras condições podem se desenvolver.

Susan Dutcher, professor de genética e de biologia celular e fisiologia da Faculdade de Medicina e co-autor do artigo, trabalha com C. reinhardtii e centenas de suas variantes genéticas, ou mutantes, para estudar o comportamento e disfunção ciliar. Analisando tantas variantes usando os métodos atuais, que rastreiam células individuais manualmente, levaria muito tempo, Meacham disse.

"É útil para a Dra. Dutcher classificar rapidamente suas células com base na eficácia da natação e escolher aquelas que são de maior interesse para os mais trabalhosos e tediosos, análise detalhada, "Meacham disse." É com isso que esse tipo de método baseado na população realmente ajuda, permitindo-nos analisar um grande número de mutantes em um curto espaço de tempo. "

Para este trabalho, a equipe usou três variantes genéticas de células de C. reinhardtii do laboratório de Dutcher como modelos.

Meacham e um estudante de doutorado, Minji Kim, primeiro autor do artigo, desenvolveu o chip microfluídico, que é pequeno o suficiente para que dois deles caibam em uma lâmina de vidro de 1 por 3 polegadas. As células entraram e saíram através dos canais de entrada e saída conectados a uma câmara circular no centro do dispositivo - que é como um grande abra a caneta de retenção para as células - antes de ligar o ultrassom. Kim e Meacham inseriram fluido contendo as células no dispositivo, em seguida, ativou o ultrassom por meio de um transdutor piezoelétrico. As ondas ultrassônicas refletem nas paredes da câmara para criar poços de pressão dentro da câmara circular, que aprisionam as células em um grupo no centro da câmara.

Após a imagem das células, os pesquisadores desligam o ultrassom, efetivamente abrindo a porta da gaiola e permitindo que as células saiam nadando.

"Essa armadilha acústica nos permite fazer esse tipo interessante de análise que não poderíamos fazer de outra maneira, "Meacham disse." Podemos capturar e liberar uma população de células, analise isso, carregar a próxima população, armadilha, liberar, analisar, e carregue o próximo em questão de dezenas de segundos a um minuto por amostra para obter uma medida graduada da capacidade de natação para os diferentes tipos de células. "

A análise de células de propagação é facilmente automatizada porque a natação começa em um único local, Meacham disse. As células aparecem como pixels pretos em imagens sucessivas das células liberadas. A mudança na forma das células está então relacionada à velocidade de natação.

"Nós os observamos nadando por um a três segundos, então, quando tivermos essas imagens, o processo de analisá-los é automatizado, "Kim disse." Podemos obter a medição da motilidade de cerca de 50 células de uma forma automatizada consideravelmente mais rápida do que ter que rastrear células individuais. "

Em última análise, a equipe busca fornecer aos pesquisadores uma ferramenta que categoriza as células com base em sua capacidade de movimento, seja para catalogar mutantes de C. reinhardtii ou para avaliar a motilidade das células espermáticas, Meacham disse.