Technologie non invasive pour la caractérisation à haut débit des cellules cancéreuses

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Les propriétés électriques des cellules cancéreuses peuvent fournir des informations sur leur type de cancer, leur état et leur résistance aux médicaments. Cependant, les plateformes conventionnelles permettant de mesurer ces propriétés sont complexes et ne peuvent analyser que quelques cellules. Des chercheurs de l’Université des sciences de Tokyo ont développé avec succès un dispositif à haut débit qui mesure les propriétés électriques des cellules cancéreuses par électrorotation à flux continu. La nouvelle plateforme offre un haut degré d’automatisation et peut analyser simultanément plusieurs cellules.

La surveillance efficace des cellules cancéreuses peut aider les médecins dans leur traitement et leur gestion, réduisant ainsi la mortalité liée au cancer. Les technologies non invasives peuvent-elles ouvrir la voie à une meilleure surveillance afin de réduire les taux de mortalité par cancer ? Les plateformes de diagnostic qui mesurent de manière non invasive les propriétés électriques des cellules cancéreuses sont prometteuses pour la détection précoce de la résistance aux médicaments anticancéreux et des métastases. La recherche a montré qu’il est possible de comprendre un type de cancer et son statut de résistance aux médicaments à partir des données de permittivité et de conductivité cellulaires. En fait, il existe une demande croissante de méthodes analytiques capables de mesurer rapidement les propriétés électriques d’une cellule.

L’électrorotation (ROT) offre une telle voie pour capturer les propriétés cellulaires en déduisant la permittivité et la conductivité du mouvement d’une cellule dans un champ électrique. Cela permet la caractérisation du type et de l’état de la cellule en profilant son mouvement de rotation dépendant de la fréquence sous un champ électrique modulé. Il existe cependant des limites. Le défi est que la capture, la mesure et le remplacement des cellules sont assez fastidieux et réduisent le débit des plates-formes ROT, où le débit fait référence au nombre de cellules qu’une technologie donnée peut analyser à un moment donné.

Récemment, des chercheurs de l’Université des sciences de Tokyo (TUS) ont développé un ROT à flux continu (cROT) pour remédier aux inconvénients du ROT conventionnel. La nouvelle plateforme exploite la microfluidique pour mesurer en continu la dynamique cellulaire et capturer simultanément les cellules pour collecter des mesures sur un seul appareil. Les résultats validés du groupe ont été récemment publiés dans Lab on a Chip le 23 octobre 2023.

« J’ai découvert que les cellules cancéreuses avaient des réponses très différentes aux champs électriques alors qu’elles se ressemblaient. Cela impliquait un certain degré d’individualité, et l’idée de discerner les différences grâce à la ROT m’a intrigué », explique le Dr Masahiro Motosuke, professeur au département. de génie mécanique à TUS et chercheur principal du projet. Il ajoute en outre : « Cependant, la collecte de données précises à l’aide de ROT nécessite le placement et le retrait précis d’une seule cellule, et je voulais faciliter le processus d’analyse de nombreuses cellules. »

Les chercheurs ont fabriqué le nouveau dispositif avec des électrodes interdigitantes redessinées qui induisent la rotation cellulaire et un microcanal pour le passage cellulaire. La géométrie des électrodes augmente le nombre de cellules pouvant être analysées et réduit le temps nécessaire au remplacement d’une cellule au fur et à mesure de la collecte des mesures. Le champ électrique appliqué au sein du microcanal permet d’analyser le comportement rotationnel d’un flux continu de cellules. Ensemble, ces améliorations augmentent le débit du système automatisé. L’équipe de recherche a validé l’exactitude du système en obtenant des mesures de permittivité de la membrane cellulaire et de conductivité cytoplasmique à partir de cellules HeLa, une lignée cellulaire humaine couramment utilisée en recherche.

« Nous avons considérablement augmenté le débit de mesure jusqu’à 2 700 cellules par heure grâce à notre technique cROT », explique le professeur Motosuke à propos des conclusions les plus importantes du rapport. « De plus, le dispositif ne nécessite pas de manipulation précise des cellules et profite d’un traitement d’image rapide lors du traitement des données électriques des cellules », ajoute-t-il. D’autres avantages du nouveau système sont son haut degré d’automatisation et sa facilité d’installation ou de retrait.

Le dispositif cROT démontre en effet une amélioration remarquable du débit par rapport aux plates-formes ROT traditionnelles. Alors que les techniques ROT conventionnelles traitent généralement 10 à 20 cellules par heure, le système cROT atteint un débit impressionnant de 2 700 cellules par heure, soit plus de 100 fois plus élevé. De plus, le système cROT minimise considérablement le temps nécessaire au remplacement des cellules.

Le professeur Motosuke envisage un avenir prometteur pour le système cROT développé par l’équipe. « Grâce à notre technique cROT, nous avons libéré la capacité d’approfondir les subtilités de la dynamique unicellulaire, y compris des aspects tels que la physiologie cellulaire, l’état de la membrane cellulaire et la concentration d’ions intracellulaires », souligne-t-il. Il prévoit que les analyses rapides et précises offertes par cette approche de pointe seront un catalyseur de progrès substantiels dans les domaines du développement de médicaments contre le cancer, du diagnostic et des nouvelles thérapies cellulaires. Cette technologie révolutionnaire ouvre la porte à la collaboration et à l’adoption par des acteurs de premier plan du secteur de l’oncologie, révolutionnant potentiellement la manière dont nous luttons contre le cancer.

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