การวัดผลกระทบที่เป็นพิษของสารเคมีต่อเซลล์ประเภทต่างๆ มีความสำคัญต่อการพัฒนายารักษามะเร็ง, ซึ่งจะต้องสามารถฆ่าเซลล์เป้าหมายได้. การวิเคราะห์การอยู่รอดของเซลล์ยังเป็นงานสำคัญในสาขาต่างๆ เช่น กฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม, เพื่อทดสอบสารเคมีทางอุตสาหกรรมและการเกษตรเพื่อหาผลเสียที่อาจเกิดขึ้นกับเซลล์ที่แข็งแรง.

วิศวกรทางชีววิทยาของ MIT ได้คิดค้นการทดสอบความเป็นพิษใหม่ซึ่งสามารถวัดผลกระทบทางเคมีต่อการอยู่รอดของเซลล์ได้โดยมีความไวมากกว่าการทดสอบที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบัน. นอกจากนี้ยังเร็วกว่าการทดสอบมาตรฐานทองคำอีกด้วย, ซึ่งไม่ค่อยนิยมใช้เพราะต้องใช้เวลาสองถึงสามสัปดาห์จึงจะได้ผล. การทดสอบใหม่นี้สามารถช่วยให้บริษัทยาและนักวิจัยเชิงวิชาการระบุและประเมินยาใหม่ได้รวดเร็วยิ่งขึ้น.

“การตรวจวิเคราะห์ความเป็นพิษต่อเซลล์เป็นหนึ่งในการตรวจวิเคราะห์ที่ใช้บ่อยที่สุดในสาขาวิทยาศาสตร์ชีวภาพ,” เบวิน เองเกลวาร์ด กล่าว, ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพที่ MIT และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษานี้.

และโงะ, อดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ MIT และ postdoc, เป็นผู้เขียนบทความหลัก, ซึ่งปรากฏในเดือนกุมภาพันธ์. 5 ปัญหาของ รายงานเซลล์. ผู้เขียนคนอื่นๆ ได้แก่ Tze Khee Chan, อดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (ปราดเปรื่อง); จิงเกอ, อดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ MIT; และลีโอน่า แซมสัน, ที่ปรึกษาร่วมของ Ngo และศาสตราจารย์กิตติคุณด้านวิศวกรรมชีวภาพของ MIT.

การวัดความอยู่รอด

การทดสอบแบบดั้งเดิมเพื่อวัดการอยู่รอดของเซลล์, เรียกว่าการทดสอบการก่อตัวของโคโลนี, เกี่ยวข้องกับการเติบโตของอาณานิคมของเซลล์ในจานเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเป็นเวลาสองถึงสามสัปดาห์หลังจากที่เซลล์สัมผัสกับสารประกอบทางเคมีหรือสารอันตรายอื่น ๆ เช่นรังสี. จากนั้นนักวิจัยจะนับจำนวนโคโลนีเพื่อพิจารณาว่าการรักษาส่งผลต่อการอยู่รอดของเซลล์อย่างไร.

แรงจูงใจส่วนหนึ่งของเอนเกลวาร์ดในการศึกษาครั้งนี้คือความทรงจำถึงชั่วโมงอันยาวนานที่เธอใช้เวลาในการนับอาณานิคมดังกล่าวในฐานะนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา.

“การนับนั้นลำบากมากและยากลำบากเพราะคุณต้องตัดสินอย่างต่อเนื่องว่าอะไรคืออาณานิคมกับเศษซาก,“เชื้อราไมคอร์ไรซากำลังขับเคลื่อนโลก” เดินผ่านป่ากับ. “มีคนเพียงไม่กี่คนที่ใช้การทดสอบการก่อตัวของโคโลนีอีกต่อไปเพราะมันยาก, ช้าเกินไป, และต้องการสื่อการเจริญเติบโตของเซลล์จำนวนมาก, ดังนั้นคุณจึงต้องมีการทดสอบสารประกอบจำนวนมาก”

ในปีที่ผ่านมา, นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มใช้วิธีการอื่นที่เร็วกว่าแต่ไม่แม่นยำและละเอียดอ่อนเท่ากับการทดสอบการก่อตัวของโคโลนี. การทดสอบเหล่านี้ไม่ได้วัดการเติบโตของเซลล์โดยตรง แต่วิเคราะห์การทำงานของไมโตคอนเดรียแทน.

Engelward และเพื่อนร่วมงานมุ่งมั่นที่จะพัฒนาแบบทดสอบที่สามารถสร้างผลลัพธ์ได้ภายในเวลาเพียงไม่กี่วัน ในขณะที่ยังคงตรงกับความแม่นยำและความไวของการทดสอบการก่อตัวของโคโลนี. ระบบที่พวกเขาคิดค้นขึ้น, ซึ่งพวกเขาเรียกว่า MicroColonyChip, ประกอบด้วยบ่อน้ำเล็กๆ บนจาน. เซลล์ที่บำบัดและไม่บำบัดจะถูกวางลงในหลุมเหล่านี้ และเริ่มก่อตัวเป็นโคโลนีขนาดเล็กมากในรูปแบบตาราง. ภายในเวลาเพียงไม่กี่วัน, ก่อนที่อาณานิคมจะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า, นักวิจัยสามารถใช้กล้องจุลทรรศน์เพื่อถ่ายภาพ DNA ของเซลล์ได้, ซึ่งมีป้ายเรืองแสง.

โดยการแก้ไขโค้ดที่พัฒนาโดยอดีต MIT postdoc David Wood และศาสตราจารย์ Sangeeta Bhatia จาก MIT, นักวิจัยได้สร้างโปรแกรมซอฟต์แวร์ที่วัดปริมาณ DNA เรืองแสงในแต่ละหลุม จากนั้นคำนวณจำนวนการเติบโตของเซลล์ที่เกิดขึ้น. โดยการเปรียบเทียบการเจริญเติบโตของเซลล์ที่รักษากับเซลล์ที่ไม่ได้รับการรักษา, นักวิจัยสามารถระบุความเป็นพิษของสารประกอบใดก็ตามที่พวกเขากำลังศึกษาได้.

วิศวกรชีววิทยาของ MIT ได้พัฒนาวิธีการวัดอัตราการรอดชีวิตของเซลล์อย่างรวดเร็วโดยการขยายอาณานิคมของเซลล์จำนวนมากและถ่ายภาพ DNA ที่มีป้ายกำกับเรืองแสง. ภาพ: และโงะ

“เรามีระบบสแกนอัตโนมัติเพื่อทำการถ่ายภาพฟลูออเรสเซนต์, และหลังจากนั้น, การวิเคราะห์ภาพเป็นไปโดยอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์,” โงกล่าว.

นักวิจัยได้เปรียบเทียบการทดสอบใหม่กับการทดสอบการก่อตัวของโคโลนีมาตรฐานทองคำ และพบว่าผลลัพธ์ไม่สามารถแยกแยะได้. พวกเขายังสามารถสร้างข้อมูลเกี่ยวกับผลกระทบของรังสีแกมมาต่อเซลล์เม็ดเลือดขาวของมนุษย์ได้อย่างแม่นยำ, รวบรวม 20 เมื่อหลายปีก่อนโดยใช้การทดสอบการก่อตัวของโคโลนี. การใช้ไมโครโคโลนีชิป, นักวิจัยได้รับข้อมูลภายในสามวัน, แทนที่จะเป็นสามสัปดาห์.

“เราสามารถจำลองการศึกษารังสีได้จาก 20 ปีที่แล้ว, ใช้กระบวนการง่ายกว่าที่พวกเขาทำมาก,เอนเกลวาร์ดกล่าว.

ความไวมากขึ้น

นักวิจัยยังเปรียบเทียบการทดสอบใหม่กับการทดสอบความเป็นพิษสองแบบที่นักวิจัยและบริษัทยาใช้กันมากที่สุด, รู้จักกันในชื่อ XTT และ CellTiter-Glo (ซีทีจี). การทดสอบทั้งสองนี้เป็นการวัดความมีชีวิตของเซลล์ทางอ้อม: XTT วัดความสามารถของเซลล์ในการสลายเตตราโซเลียม, ขั้นตอนสำคัญในการเผาผลาญของเซลล์, และ CTG วัดระดับ ATP ภายในเซลล์, โมเลกุลที่เซลล์ใช้กักเก็บพลังงาน.

“MicroColonyChip มีความไวมากกว่าการทดสอบ XTT มาก, มันทำให้คุณสามารถมองเห็นการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ของการอยู่รอดของเซลล์ได้จริงๆ, และมีความไวเท่ากับการทดสอบ CTG ในขณะที่มีความทนทานต่อสิ่งประดิษฐ์มากกว่า,เอนเกลวาร์ดกล่าว.

โดยใช้แบบทดสอบใหม่, นักวิจัยได้ตรวจสอบผลกระทบของยาทำลาย DNA สองชนิดที่ใช้ในการทำเคมีบำบัด และพบว่ายาเหล่านี้สามารถทำซ้ำผลลัพธ์ที่ได้รับได้อย่างแม่นยำโดยใช้การทดสอบการก่อตัวของโคโลนีแบบดั้งเดิม. “ขณะนี้เราวางแผนที่จะขยายการศึกษาเหล่านั้นโดยหวังว่าจะแสดงให้เห็นว่าการทดสอบนี้ใช้ได้กับยาและเซลล์ประเภทอื่นๆ อีกมากมาย,” โงกล่าว.

นอกจากจะมีประโยชน์ในการพัฒนายาแล้ว, การทดสอบนี้อาจเป็นประโยชน์สำหรับหน่วยงานกำกับดูแลสิ่งแวดล้อมที่รับผิดชอบในการทดสอบสารประกอบทางเคมีเพื่อหาผลกระทบที่เป็นอันตรายที่อาจเกิดขึ้น, เองเกลวอร์ดกล่าว. แอปพลิเคชั่นที่เป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งคือการแพทย์เฉพาะบุคคล, ซึ่งสามารถใช้เพื่อทดสอบยาหลายชนิดในเซลล์ของผู้ป่วยก่อนเลือกการรักษา.

แหล่งที่มา: http://news.mit.edu, “เรารู้สึกตื่นเต้นมากเกี่ยวกับศักยภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในกระเพาะอาหารเพื่อใช้เป็นแพลตฟอร์มสำหรับสุขภาพเคลื่อนที่เพื่อช่วยเหลือผู้ป่วยจากระยะไกล