Kierowane przez prof. Marcina Drąga laboratorium otrzymało nowoczesny sprzęt do analizy i diagnostyki próbek komórkowych. Pozwoli to naszym naukowcom m.in. na lepsze badania tkanek nowotworowych oraz prace nad projektami przeciwdziałania COVID-19.

Cytometria masowa to nowoczesna technika analityczna, która umożliwia m.in. analizę różnorodnych parametrów badanych komórek. Metoda ta łączy w sobie zalety cytometrii przepływowej oraz spektrometrii mas. Wykorzystuje przy tym stabilne izotopy metali przejściowych (głównie lantanowców) jako znaczniki w sondach DNA, RNA, przeciwciałach oraz markerach chemicznych. Dzięki wykorzystaniu izotopów metali, których widma masowe się nie nakładają, możliwa jest analiza ponad 40 parametrów komórkowych jednocześnie, co znacząco przewyższa możliwości standardowej cytometrii przepływowej.

W listopadzie 2018 r. Laboratorium Obrazowania, utworzone przez prof. Marcina Drąga na Wydziale Chemicznym PWr, zakupiło pierwszy w Polsce cytometr masowy Helios, który służy do analizy próbek, w których komórki znajdują się w zawiesinie, np. komórki krwi czy próbki hematologiczne od pacjentów z białaczką. Dzięki ogromnej muliparametrowości, możliwa jest bardzo dokładna analiza takich próbek, pod kątem znajdujących się w nich białek.

Obecnie na Politechnice Wrocławskiej system Helios jest wykorzystywany w kilku projektach naukowych – Team-Net z FNP oraz Harmonia z NCN (prof. Marcin Drąg) oraz Sonata z NCN (dr inż. Marcin Poręba).

Moduł do obrazowania w uzupełnieniu

Kilka dni temu laboratorium otrzymało kolejny nowoczesny sprzęt, który stanowi zarazem rozbudowę cytometru masowego. Jest to moduł do obrazowania z wykorzystaniem cytometrii masowej zwany Hyperion (ang. Imaging Mass Cytometry, IMC), jedyne takie urządzenie w Polsce.

– Mówiąc obrazowo, Hyperion to moduł do robienia zdjęć, który nie posiada aparatu. Istotą jego działania jest laser UV o dużej mocy. W module umieszcza się slajd, na którym znajduje się preparat tkankowy, który wcześniej  był wyznakowany przeciwciałami skoniugowanymi z metalami (w celu detekcji białek). Pod wpływem lasera UV następuje ablacja, czyli odparowanie materiału z powierzchni slajdu, fragmentu próbki o powierzchni 1 mikrometra kwadratowego – wyjaśnia prof. Marcin Drąg.

Następnie próbka ta trafia do cytometru masowego Helios, gdzie następuje detekcja znajdujących się w niej białek. Kolejne cykle ablacji fragmentów preparatu i analizy białek w cytometrze masowym pozwalają na stworzenie dwuwymiarowego obrazu próbki (podobnie jak w mikroskopie), którzy przedstawia rozmieszczenie poszczególnych białek w obrębie komórki lub nawet w obrębie fragmentu całej tkanki.

– Jednak o ile mikroskopy fluorescencyjne pozwalają na analizę 4-5 kolorów, czyli białek, w komórce, moduł Hyperion dzięki zastosowaniu metali jako znaczników pozwala na równoległą detekcję stężenia i lokalizacji ponad 40 różnych białek w tkance – dodaje prof. Marcin Drąg.

Lepsza analiza komórek nowotworowych

Obecnie system Hyperion wykorzystuje się w najlepszych ośrodkach badawczych na świecie do analizy np. tkanek nowotworowych, dzięki czemu możliwe staje się znaczenie dokładniejsze poznanie zależności pomiędzy poszczególnymi białkami podczas rozwoju tej choroby. Podobne badania z wykorzystaniem modułu Hyperion planowane są także na Politechnice Wrocławskiej.

– W naszych badaniach planujemy „wzbogacić” analizę próbek od pacjentów o dodatkowy parametr: aktywność enzymatyczną wybranych proteaz. W tym celu zastosujemy naszą autorską technologią, którą są specjalne markery chemiczne skoniugowane z metalami do zastosowań właśnie w cytometrii masowej. Dzięki temu będziemy w stanie nie tylko powiedzieć, w którym miejscu w próbce znajduje się interesujące nas białko, ale przede wszystkim określić jego aktywność, co jest kluczowe przy rozwoju chorób nowotworowych – tłumaczy dr inż. Marcin Poręba, który zapoczątkował rozwój tej technologii podczas swojego stażu w USA, a teraz kontynuuje badania na Politechnice Wrocławskiej.

W realizacji tego projektu nasi naukowcy będą ściśle współpracować z onkologami z Dolnośląskiego Centrum Onkologii we Wrocławiu, którzy specjalizują się w badaniach nowotworów piersi.

Badania nad przeciwdziałaniem COVID-19

Drugim projektem badawczym, w którym wykorzystywany będzie system Hyperion jest przeciwdziałanie COVID-19. W tym wypadku badania naszych naukowców będą się skupiały na dwóch głównych aspektach.

Pierwszym z nich będzie praca nad testem diagnostycznym choroby COVID-19 w oparciu o aktywność proteazy SARS-CO-2 Mpro.

– Planujemy opracować marker chemicznych, który będzie znakowany stabilnym izotopem wybranego metalu, tak by można go był wykorzystać w badaniach cytometrii masowej. Kluczowym parametrem takiego markera musi być wysoka selektywność, tak by reagował on tylko z proteazą wirusową i nie oddziaływał z innymi białkami. Wykorzystanie systemu Hyperion pozwoli bardzo dokładnie określić poziom specyficzności markera np. w poszczególnych komórkach krwi pobranych od zdrowych pacjentów. Dzięki temu będziemy wiedzieć czy otrzymany marker będzie użyteczny w badaniach przesiewowych – mówi prof. Marcin Drąg.

Należy zaznaczyć, że sam system Hyperion nie będzie wykorzystywany bezpośrednio do testów diagnostycznych, ponieważ czas jednego pomiaru wynosi od sześciu do dwunastu godzin, ale będzie stanowił idealną platformę do walidacji opracowanych testów w kontekście ich swoistości i selektywności. Testy przesiewowe, zoptymalizowane na systemie Hyperion, będą mogły być wykorzystywane w formacie wielodołkowych płytek z wykorzystaniem standardowych czytników fluorescenyjnych (testy reakcji enzymatycznych, czy testy typu ELISA).

– Drugim aspektem naszych badań z wykorzystaniem systemu Hyperion będzie bardzo szeroka i dokładna analiza immunologiczna próbek biologicznych. Badania te będą miały charakter badań podstawowych. Ich celem będzie  stworzenie jak najdokładniejszego obrazu choroby w kontekście jej przebiegu oraz skuteczności wybranej metody leczenia. Co więcej, planujemy także prowadzić badania w zakresie poszukiwania specyficznych komórek, które powstają w ludzkim układzie odpornościowym w odpowiedzi na infekcję wirusową. Bardzo często są to nieliczne komórki, które trudno znaleźć, jednak system Hyperion wydaje się być idealną techniką dla tego zadania. Ten obszar badań jest bardzo nowatorski, gdyż do tej pory nikt nie zaproponował takich badań z wykorzystaniem cytometrii masowej – dodaje dr inż. Marcin Poręba.

mic