Мультипараметрические лаборатории на чипе с множественными преобразователями биофизи- ческих сигналов как инструмент экспериментальной биологии стволовых клеток и аппаратура контроля для трансплантации гемопоэтических стволовых клеток

Резюме

Введение

Исследования дифференциации стволовых клеток на чипе, входящие в тренд с середины 2000-х [1], привели к выводу о необходимости многофакторного исследования отклика в подобных системах, ведущего к девиациям в пролиферации и дифференциации клеток. Были предложены методики электробиофизического или цитоэлектрофизиологического контроля, основанные на измерении импеданса и емкости [2, 3]. Последние реализуемы, в частности – в трассирующем определенные клетки режиме, на КМОП-чипах [3], однако в качестве аналитического сигнала выступает не оптический сигнал, как в КМОП-матрицах и оптических линейках, а электрофизические переменные.

Материалы и методы

Нашей группой в 2012 г. были внедрены КМОП-чипы/ КМОП-лаборатории на чипе, на которых удавалось наблюдать гистогенез, регенерацию, а также экспериментальный морфогенез [4-7], используя шлирен-методы и спекл-методы контроля под различными углами облучения и фиксации аналитического сигнала образца [7, 8]. В настоящей работе предлагается совместить электрофизические/электрофизиологические и оптические методы регистрации активности клеток на чипе, в частности – с использованием преобразователей электрофизических переменных редокс-сигналинга в оптические переменные.

Результаты и обсуждение

Как показывает практика, для различных стадий и культур клеток, культивировавшихся в различных условиях, а также различающихся по критериям направленной дифференциации, характерны корреляционно различающиеся совокупности сигналов отклика. Исходя из данных, приводимых в постере, предлагается, доказывается
и демонстрируется возможность использования мультипараметрических и конвертирующих КМОП-лабораторий на чипе в качестве инструмента исследований в области трансплантации гемопоэтических стволовых клеток, генной и клеточной терапии и смежных отраслей. Авторами разрабатывается гибридный in situ/in silico подход к этой проблеме, опирающийся, в частности, на переход от морфологических дескрипторов на чипе к диагностическим или квалиметрическим предикторам в специальной базе данных соответствий. В качестве одного из вариантов анализа рассматривается планарный патч-кламп на чипе (планарная патч-кламп-спектрометрия), имплементируемый параллельно с оптической регистрацией, дающий возможность привязки данных о дифференциации клеток к данным функциональной каналомики развития. Работа поддержана грантом РФФИ 16-32-00914.

Ключевые слова

Лабораторный биочип, цитологическая микрофлюидика, прогностические показатели, гибриды in situ/in silico, планарно-контактная спектрометрия, экспериментальный морфогенез.