Ο κυτταρικός μεταβολισμός είναι μια θεμελιώδης διαδικασία της βιολογίας και παίζει σημαντικό ρόλο στην κυτταρική ανάπτυξη, πολλαπλασιασμό και διαφοροποίηση. Οι αναδυόμενες τεχνολογίες που παρακολουθούν συνεχώς την κατανάλωση γλυκόζης θα μπορούσαν να μας πουν πολλά για την υγεία και τη μοίρα των κυττάρων μας.
Αυτός ο τύπος πληροφοριών είναι κρίσιμος για πολλές ερευνητικές προσπάθειες. Για παράδειγμα, ο μεταβολισμός της γλυκόζης επηρεάζει την εξέλιξη ασθενειών όπως ο καρκίνος, λέει ο Kenan Moss, ειδικός στην κυτταρική και γονιδιακή θεραπεία στην PHC Corporation της Βόρειας Αμερικής.
Η καλή κατανόηση της μεταβολικής δραστηριότητας των κυττάρων στην καλλιέργεια είναι σημαντική για την έρευνα που επικεντρώνεται σε οτιδήποτε, από την επέκταση της κατανόησής μας για τη βασική κυτταρική βιολογία, έως την ανάπτυξη νέων θεραπειών όπως η θεραπεία με CAR-T και άλλες ανοσοθεραπείες καρκίνου και αναγεννητικές με βάση τα βλαστοκύτταρα φάρμακα.
Για τους κατασκευαστές κυτταρικών προϊόντων, επίσης, τα καλά δεδομένα σχετικά με την πρόσληψη γλυκόζης και την παραγωγή γαλακτικού θα βοηθήσουν στη βελτιστοποίηση της μεταβολικής δραστηριότητας, επιτρέποντάς τους να γίνουν πιο αποτελεσματικοί, να βελτιώσουν τις αποδόσεις και να παράγουν καλύτερα χαρακτηρισμένα τελικά προϊόντα.
Για να λάβουν δεδομένα για το πώς αλλάζει ο μεταβολισμός με την πάροδο του χρόνου, οι ερευνητές πρέπει να δειγματίζουν τις κυτταροκαλλιέργειές τους περιοδικά, σε συγκεκριμένες ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας, κάτι που δημιουργεί πολλά προβλήματα.
Πρώτον, η διαδικασία αυτή ενέχει ένταση και πολύ.... τρέξιμο. Το προσωπικό του εργαστηρίου συχνά πρέπει να έρχεται και τα Σαββατοκύριακα για να συλλέξει δείγματα την κατάλληλη στιγμή.
Δεύτερον, διατρέχει τον κίνδυνο μόλυνσης των κυτταρικών σειρών, καθώς πρέπει να αφαιρούνται επανειλημμένα από την επώαση και να αντιμετωπίζονται για να ληφθούν τα απαραίτητα δείγματα. Τέλος, αυτές οι επαναλαμβανόμενες αφαιρέσεις μπορούν να προκαλέσουν σοκ στην κυτταρική καλλιέργεια καθώς μετακινούνται από τα βέλτιστα περιβάλλοντα ανάπτυξής τους, στις περιοχές προετοιμασίας δειγμάτων και ξανά πίσω.
Οι ερευνητές πρέπει να εξισορροπήσουν τον όγκο των δεδομένων που χρειάζονται με τον κίνδυνο εργασίας, βλάβης και μόλυνσης που απαιτείται για τη συλλογή τους.
Κάθε μεμονωμένο δείγμα σάς λέει πόση γλυκόζη χρησιμοποιήθηκε σε μια δεδομένη στιγμή, η οποία μπορεί να συγκριθεί με τα δεδομένα από το επόμενο δείγμα, αλλά δεν υπάρχουν πληροφορίες σχετικά με το τι συνέβαινε μεταξύ αυτών των δύο σημείων. «Δεν μπορούμε ποτέ να τραβήξουμε περισσότερο από ένα στιγμιότυπο», λέει ο Moss.
Πολύ πιο χρήσιμος θα ήταν ένας τρόπος συνεχούς παρακολούθησης της μεταβολικής δραστηριότητας των κυττάρων στην καλλιέργεια, για να αποκτήσετε μια πιο λεπτομερή εικόνα του πώς αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.
Και οι ερευνητές στο PHC εργάζονται ακριβώς πάνω σε αυτό. «Αναπτύσσουμε μια νέα τεχνολογία που επιτρέπει την απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο της μεταβολικής κατάστασης των ζωντανών κυττάρων», λέει ο Ryosuke Takahashi, γενικός διευθυντής επιχειρήσεων κυτταρικής και γονιδιακής θεραπείας στην PHC Corporation της Βόρειας Αμερικής.
Το μεγαλύτερο όφελος, ωστόσο, θα είναι οι επιστημονικές ανακαλύψεις που θα καταστήσουν δυνατή τη συνεχή παρακολούθηση.
Θα παρέχει τόσο ποσοτικά όσο και ποιοτικά δεδομένα όχι μόνο για την αλλαγή της μεταβολικής δραστηριότητας με την πάροδο του χρόνου, αλλά και για το ρυθμό αλλαγής αυτής της δραστηριότητας, λέει ο Moss, παρομοιάζοντάς το με τη διαφορά μεταξύ ταχύτητας και επιτάχυνσης. «Όταν παίρνετε μόνο δείγματα τελικού σημείου, έχετε την ταχύτητα. Με συνεχή παρακολούθηση, έχετε και ταχύτητα και επιτάχυνση», επισημαίνει. «Αντί για γραμμικές πληροφορίες, μπορούμε να λάβουμε ζωντανά ποσοστά απόδοσης κινητής τηλεφωνίας. Μπορούμε να δούμε πώς αλλάζει ο ρυθμός κατανάλωσης γλυκόζης με το χρόνο».
Αυτό θα παρέχει καλύτερη εικόνα για τη δραστηριότητα των κυττάρων και τη συνολική τους υγεία, υπονοώντας την ποιότητα της ανάπτυξής τους, δείχνοντας δηλαδή σε τι βαθμό και σε ποιους χρόνους, τα κύτταρα αυξάνουν τη χρήση γλυκόζης.
Η ομάδα της PHC αναλαμβάνει το τρομακτικό τεχνικό έργο της ανάπτυξης τόσο ηλεκτροχημικών αισθητήρων που μπορούν να λειτουργήσουν για παρατεταμένες χρονικές περιόδους στο απαιτητικό περιβάλλον μιας κυτταρικής καλλιέργειας, όσο και αλγορίθμων λογισμικού που ερμηνεύουν τα δεδομένα για να παρέχουν αυτού του είδους τις πληροφορίες.
Η ομάδα βρίσκεται στα τελικά στάδια ολοκλήρωσης ενός αισθητήρα εργασίας και η ελπίδα είναι ότι αυτού του είδους το σύστημα θα βοηθήσει στο άνοιγμα ολόκληρων νέων κόσμων μεταβολικής έρευνας, με συναρπαστικές δυνατότητες για την ανθρώπινη υγεία.
