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MITメソッドは、数百万の密に詰め込まれた細胞の超高速タンパク質標識を可能にします| MITニュース

MITで開発された新しい技術により、科学者は、前例のない速度、均一性、汎用性を持つ完全に無傷の3D組織で、何百万もの個々の細胞にタンパク質を標識できます。このテクノロジーを使用して、チームは1日で大規模な組織サンプルに豊富にラベルを付けることができました。彼らに 新しい研究 Nature Biotechnology、 彼らはまた、大規模な組織サンプル全体で単一細胞レベルの抗体を持つタンパク質を標識する能力が、他の広く使用されているラベル付け方法によって隠された洞察を明らかにすることができることを実証しています。細胞が作っているタンパク質をプロファイリングすることは、細胞が特定の瞬間に発現しているタンパク質が細胞が実行しようとしている機能またはその状況に対するその反応を反映する可能性があるため、生物学、神経科学、および関連フィールドの研究の定番です。病気または治療。顕微鏡検査と標識技術が進歩し、無数の発見を可能にしているのと同じくらい、科学者は、3D無傷の組織全体に何百万もの密に詰め込まれた個々の細胞のレベルでタンパク質発現を追跡する信頼できる実用的な方法をまだ欠けています。多くの場合、スライドの下の薄い組織切片に限定されているため、科学者は、発生する接続されたシステム全体で細胞タンパク質の発現を徹底的に評価するためのツールを持っていませんでした。「従来、細胞内の分子を調査するには、分析に必要な光と化学物質が組織に深く浸透することはできないため、組織を単一の細胞に解離するか、薄いセクションにスライスする必要があります。私たちのラボは、などの技術を開発しました 明確さ そして シールド、それらを透明にすることによって臓器全体の調査を可能にするが、今では臓器全体を化学的に標識して有用な科学的洞察を得る方法が必要だ」と研究の上級著者は述べています Kwanghun Chung、Picower Institute for Learning and Memory、化学工学および脳と認知科学の部門、およびMITの医療工学および科学研究所の准教授。 「組織内の細胞が均一に処理されていない場合、それらを定量的に比較することはできません。従来のタンパク質標識では、これらの分子が無傷の臓器に拡散するのに数週間かかることがあり、臓器規模の組織の均一な化学処理を実質的に不可能で非常に遅くすることができます。」 ビデオを再生します 曲線およびeflashタンパク質標識 ビデオ：Picower Institute 「曲線」と呼ばれる新しいアプローチは、大きくて濃い組織全体を均一に処理するための根本的に新しいアプローチを実証することにより、その目標に向けて、その目標に向けて、大きな進歩を表しています。この研究では、研究者は「Eflash」と呼ばれる曲線の実装を介して技術的障壁を克服する方法を説明し、新しい神経科学の洞察をもたらした方法など、技術の鮮明なデモンストレーションを提供します。「これは、特にテクノロジーの実際のパフォーマンスの観点から、重要な飛躍です」と、共同主演の著者であるDae Hee Yun PhD '24は、現在、スタートアップ会社であるLifeCanvas TechnologiesのシニアアプリケーションエンジニアであるMIT大学院生である24氏は言います。 Chungは、彼のラボが発明するツールを広めるために設立されました。論文のもう1つの主著者は、韓国のカイストの助教授である元MITポスドクのヤング・ギャンパークです。巧妙な化学大規模な3D組織サンプルを均一に標識するのが難しい基本的な理由は、抗体が非常にゆっくりと組織に浸透しているが、標的タンパク質に迅速に結合することです。この速度の不一致の実際的な効果は、単に抗体の浴に脳を浸すことで、タンパク質が組織の外側の端に激しく標識されていることを意味するが、抗体のどれも、細胞やタンパク質がより深く見えることを意味することです。ラベル付けを改善するために、チームは速度の不一致を解決する方法（曲線の概念的な本質）を考えました。戦略は、組織全体の抗体透過をスピードアップすると同時に、抗体結合のペースを継続的に制御することでした。これがどのように機能するかを把握し、アプローチを最適化するために、彼らはさまざまな結合速度と組織密度や組成を含むさまざまな設定とパラメーターをテストできるようにする洗練された計算シミュレーションを構築および実行しました。その後、彼らは実際の組織にアプローチを実装するために着手しました。彼らの出発点は、「」と呼ばれる以前の技術でした。スイッチchungのラボは、抗体結合を一時的にオフにし、抗体に組織に浸透させ、結合を元に戻す方法を考案しました。 Yun氏によると、チームは、抗体結合速度を絶えず制御できる場合、大幅な改善が可能になる可能性があることに気付きましたが、スイッチで使用される化学物質はそのような進行中の治療にはあまりにも厳しかったと述べています。そのため、チームは同様の化学物質のライブラリをスクリーニングして、より微妙かつ連続的に抗体結合速度を見つけることができるものを見つけました。彼らは、デオキシコール酸が理想的な候補であることを発見しました。その化学物質を使用して、チームは化学物質の濃度を変化させることによって抗体結合を調節するだけでなく、標識浴のpH（または酸性度）を変えることによっても調節することができました。 ビデオを再生します 曲線およびeflashタンパク質標識 ビデオ：Picower Institute 一方、組織を介した抗体の動きをスピードアップするために、チームはChung Labで発明された別の以前の技術であるStochastic ElectroTransportを使用しました。その技術は、電界を適用することにより、組織を介した抗体の分散を加速します。連続的に変更可能な結合速度で加速分散のこのeflashシステムを実装すると、論文で実証されているさまざまなラベルの成功が生成されました。全体として、チームは60を超える異なる抗体を使用して、大規模な組織サンプル全体で細胞内のタンパク質を標識することを報告しました。特に、これらの標本はそれぞれ1日以内にラベル付けされており、全体の無傷の臓器の「超高速」速度であると著者らは言います。さらに、さまざまな準備では、新しい最適化ステップは必要ありませんでした。貴重な視覚化チームがEflashをテストにかける方法の中で、その標識を別の頻繁に使用した方法と比較することでした。目的のタンパク質の遺伝子が転写されている場合、遺伝的にエンジニアリング細胞を蛍光にします。遺伝的方法は組織全体に分散抗体を必要としませんが、遺伝子転写と実際のタンパク質産生の報告はまったく同じではないため、矛盾しやすい場合があります。 Yunは、抗体標識を確実に標識標識し、標的タンパク質の存在についてすぐに報告する一方で、実際のタンパク質がもはや存在しなくても、遺伝的方法ははるかに即時で持続性があります。この調査では、チームは両方の種類のラベル付けをサンプルで同時に採用しました。ラベルをそのように視覚化すると、彼らは抗体標識と遺伝的標識が大きく異なる多くの例を見ました。マウス脳の一部の領域では、抗体標識によるとPV（特定の阻害ニューロンで顕著なタンパク質）を発現するニューロンの3分の2が遺伝的に基づく蛍光を示さないことを発見しました。別の例では、CHATと呼ばれるタンパク質の遺伝的方法を介して発現を報告した細胞のごく一部のみが、抗体標識を介してそれを報告しました。言い換えれば、抗体標識と比較して、ひどく過小報告されたタンパク質発現または過剰報告されたタンパク質発現の両方の遺伝標識がある場合がありました。研究者は、遺伝的報告方法を使用することの明確な価値を押し付けることを意味するのではなく、eflashが許すように、臓器全体の抗体標識を使用することも、そのデータをより豊かで完全な文脈に置くのに役立つことを示唆しています。 「健康な成人マウスにおけるPV免疫反応性ニューロンの大規模な地域化された損失の発見と個人の変動性が高いことは、全体的で偏見のない表現型の重要性を強調しています」と著者は書いています。または、Yunが言うように、2つの異なる種類のラベルは「仕事のための2つの異なるツール」です。たとえば、PhangはPon-Malog、Gree、Employe、Etropis、Mwtai、Singer、Bwrchの本ですこの研究のための資金は、バロウズ・ウェルカム・ファンド、科学と工学のパッカード賞、ナルサド・ヤング・調査賞、マクナイト・財団、フリーダム・一緒、財団、学習と記憶のためのピカワー・インスティテュート、NCSOFT Cultural財団、および国立衛生研究所。…