Nowa era w badaniach nad chromosomami
Tradycyjnie badanie chromosomów obejmuje wyizolowanie i przygotowanie chromosomów w metafazie z komórek mitotycznych. Jednakże proces ten nie sprawdza się w przypadku eksperymentów in vitro, jako że w takim środowisku chromosomy są stałe, co uniemożliwia zbadanie ich dynamiki.
Urządzenie wykorzystujące mikrofluidykę do izolowania i badania chromosomów
Aby rozwiązać ten problem, w ramach sfinansowanego przez UE projektu CHROMAVISION opracowano pionierską platformę obrazowania chromosomów i manipulowania nimi. Platforma ta umożliwia badanie poszczególnych chromosomów z próbek komórek z wykorzystaniem mikroskopu o bardzo dużej rozdzielczości. „Nasz przyrząd umożliwia pierwsze w historii szczegółowe zbadanie w czasie rzeczywistym struktury chromosomów w metafazie oraz powiązanych z nimi białek”, wyjaśnia koordynator projektu, prof. Gijs Wuite. Przyrząd CHROMAVISION łączy w sobie mikrofluidyczne laboratorium na chipie, wielofunkcyjną pęsetę optyczną oraz mikroskopię fluorescencyjną o bardzo dużej rozdzielczości. Pojedyncze chromosomy można pochwycić, przymocowując koraliki wielkości mikronów do końców chromosomu w metafazie i przytrzymując takie koraliki w dwóch pęsetach optycznych. Zadaniem tych koralików jest przytrzymanie chromosomów nieruchomo w komorze urządzenia mikrofluidycznego; możliwe jest nawet rozciąganie chromosomów poprzez odsuwanie od siebie koralików. Ponadto przyrząd ten umożliwia wykorzystanie promieni lasera do skanowania chromosomów, a tym samym pozyskiwania informacji na temat położenia powiązanych białek, które oznaczono fluoroforami. Łącząc obrazy położenia kilku kluczowych białek tworzących konstrukcję chromosomu w metafazie, naukowcy mogą uzyskać trójwymiarową mapę budowy danego chromosomu. Partnerzy projektu opracowali prototyp gotowy do produkcji, który wysłali do różnych laboratoriów w celu przeprowadzenia testów. Prototyp umożliwia obrazowanie molekularne – w bardzo dużej rozdzielczości – DNA w chromosomie; umożliwia też przetestowanie elastyczności chromosomu w metafazie oraz wizualizację określonych białek w chromosomie.
Zalety projektu CHROMAVISION i perspektywy na przyszłość
Według prof. Wuite, największym osiągnięciem projektu było „opracowanie jednego przyrządu umożliwiającego izolowanie, utrzymywanie i obrazowanie z bardzo dużą rozdzielczością chromosomów w metafazie w komórkach”. Podkreśla on, że nie byłoby to możliwe bez ciężkiej pracy i owocnej współpracy pięciu różnych zespołów badawczych z trzech różnych krajów. Największą zaletą przyrządu CHROMAVISION w porównaniu z istniejącymi już rozwiązaniami jest możliwość wykorzystania niestałych chromosomów w metafazie w badaniach obejmujących obrazowanie chromosomów i manipulowanie nimi. Umożliwia to badaczom przyjrzenie się dynamicznym aspektom chromosomów, takim jak ruch białek lub rozciąganie się chromosomów. Ułatwia również obrazowanie interakcji białek DNA na poziomie molekularnym w czasie rzeczywistym w warunkach bliskich warunkom fizjologicznym. Prof. Wuite jest przekonany, że platforma CHROMAVISION przesunie granice tego, co jest obecnie możliwe w mikrofluidyce i mikroskopii bardzo dużej rozdzielczości, a także da pożywkę kolejnym dekadom badań nad chromosomami. Opracowany przyrząd pomoże stawić czoła największym wyzwaniom w klinicznych i fundamentalnych badaniach nad chromosomami, potencjalnie skutkując przełomowymi odkryciami. Lepsze obrazowanie i zrozumienie mechanizmów chromosomowych zwiększy naszą wiedzę na temat etiologii ludzkich chorób i pomoże w wynajdowaniu leków. Przewiduje się – z perspektywy klinicznej – że CHROMAVISION ułatwi diagnozowanie i monitorowanie heterogeniczności raka. Partnerzy zabezpieczyli dalsze fundusze, aby poprawić dane wyjściowe z analizy chromosomów odpowiednie dla analiz próbek od pacjentów.
Słowa kluczowe
CHROMAVISION, chromosom w metafazie, mikrofluidyka, koraliki, bardzo duża rozdzielczość, mikroskopia, rak, dynamiczne, pęseta optyczna, prototyp, fluorofor