Лаборатория Келли разрабатывала портативное устройство в виде чипа, которое использует крошечные магниты для сортировки больших популяций клеток смешанного типа в рамках ее проекта группы Medicine by Design. Она задалась вопросом, можно ли соединить устройство с технологией редактирования генов на основе CRISPR, разработанной другим руководителем группы Medicine by Design, Джейсоном Моффатом, профессором Центра клеточных и биомолекулярных исследований Доннелли. Они рассудили, что оба метода вместе могут ускорить прочесывание генома человека в поисках потенциальных мишеней для лекарств. «Мы случайно согласились объединить наши технологии – и это сработало невероятно хорошо», – говорит Келли.
«Это преимущество участия в динамичной исследовательской экосистеме Торонто и компании Medicine by Design», – говорит Келли. «Я бы никогда не узнал, как позиционировать эту технологию и связать ее с CRISPR it, если бы у меня не было всех этих замечательных людей, с которыми можно было бы поговорить."
Результат их совместных усилий, также в сотрудничестве со Стефаном Анже, профессором фармацевтики, и Эдвардом Сарджентом, профессором университета кафедры электротехники и вычислительной техники, называется MICS для сортировки микрофлюидных клеток, описанный в исследовании, опубликованном сегодня в журнал Nature Biomedical Engineering.
MICS позволит исследователям быстрее исследовать геном человека при поиске генов и их белковых продуктов, на которые могут быть нацелены лекарства.
За один час MICS может собрать драгоценные редкие клетки, в которых CRISPR выявил многообещающие мишени для лекарств, из большой и смешанной популяции клеток.
Тот же эксперимент займет 20-30 часов с использованием золотого стандарта метода сортировки на основе флуоресценции.
Исследователи используют CRISPR, чтобы отключить в клетках каждый из примерно 20000 человеческих генов, и посмотреть, как это влияет на уровни белка, связанного с заболеванием, который, скажем, помогает распространению рака. Это может выявить другие гены-кандидаты и белки, которые они кодируют, которые работают по тому же пути и на которые могут быть нацелены лекарства для удаления целевого белка и остановки рака. Предостережение заключается в том, что генетический скрининг приводит к смешанным клеточным популяциям, с желаемым эффектом, присутствующим в исчезающе малой доле клеток, которые необходимо вычерпывать для дальнейшего изучения.
Большинство инструментов для сортировки клеток используют лазерные лучи для разделения флуоресцентно меченых клеток, но это требует времени.
MICS работает быстрее благодаря крошечным магнитам, созданным для связывания с целевым белком, в результате чего клетки осыпаются магнитными частицами. Размер ее составляет примерно половину кредитной карты, ее поверхность покрыта полосами магнитного материала, которые переносят ячейки с одного конца устройства на другой.
Оказавшись на дальнем конце, клетки попадают в отдельные каналы сбора в зависимости от того, сколько частиц они несут в качестве прокси для количества целевого белка.
«По этой магистрали магнитных направляющих может пройти до одного миллиарда ячеек одновременно, и мы можем обработать это за один час», – говорит Келли."Это кардинальное изменение для экранов CRISPR."
Чтобы проверить, может ли MICS выявлять новые мишени для лекарств, исследователи сосредоточились на иммунотерапии рака, в которой иммунная система сконструирована так, чтобы разрушать опухолевые клетки.
Они искали способ снизить уровень белка CD47, который посылает иммунной системе сигнал «не ешь меня» и часто перехватывается раковыми клетками, чтобы избежать иммунного обнаружения. Другие обнаружили, что блокирование CD47 напрямую имеет вредные побочные эффекты, что побудило команду Medicine by Design искать гены, регулирующие уровень белка CD47.
Скрининг CRISPR по всему геному выявил ген под названием QPCTL, который кодирует фермент, который помогает скрыть CD47 от иммунной системы и который может быть заблокирован имеющимся в продаже лекарством.
«Если вы можете модулировать уровни CD47, воздействуя на QPCTL, это может быть интересным способом обмануть иммунную систему, чтобы избавиться от рака», – говорит Моффат.
Еще рано, но Келли и Моффат надеются на терапевтический потенциал QPCTL при раке, возможно, как способ заставить макрофаги нацеливаться на опухолевые клетки. Они также запускают совместный проект PEGASUS с несколькими лабораториями по фенотипическому геномному скринингу в масштабе, который расширит технологию для исследования широкого круга терапевтических целей.
На фронте регенеративной медицины MICS поможет выявить гены, которые активируют стволовые клетки, чтобы превратиться в специализированные типы клеток, что упростит сбор желаемых типов клеток для терапии.
Хотя команда Келли первоначально разработала магнитную сортировку клеток для выделения опухолевых клеток из крови, ее перепрофилирование для открытия лекарственных мишеней может иметь более широкое влияние, поскольку MICS уже вызывает значительный интерес со стороны исследовательского сообщества и промышленности.