Ученые разработали новый способ изучения клеток
4 июля 2023 16:19
Новую оптическую метку, позволяющую маркировать индивидуальные клетки, не меняя их геном, разработали ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского (СГУ). По словам исследователей, изобретение позволит наблюдать за их поведением в клеточной популяции практически в любой лаборатории и найдет широкое применение в медицине для лечения деменции, инсультов, болезни Альцгеймера и многих опухолей. Результаты опубликованы в издании Journal of biophotonics.
Наблюдение за поведением клеток широко применяется в диагностике и лечении различных болезней. Например, в персонализированной медицине живые клетки забирают из тканей пациента, обрабатывают и возвращают в организм для лечения нейродегенеративных заболеваний (деменции, инсультов, болезней Альцгеймера и Паркинсона), многих опухолей, сообщили ученые университета.
В настоящее время изменения в отдельных клетках или их коллективном поведении отслеживаются с помощью флуоресценции – испускания света определенными химическими структурами под внешним воздействием лампы или лазера.
Сотрудники СГУ имени Н.Г. Чернышевского при участии Сколковского института науки и технологий разработали новую небелковую метку для исследования клеточных процессов. По словам ученых, она не требует вмешательств в геном, лучше сохраняет свои свойства и позволяет проводить исследования практически в любой лаборатории.
«
“Разработанная нами система позволяет маркировать конкретно выбранные клетки in situ (непосредственно внутри клетки в процессе их жизнедеятельности) и осуществлять долгосрочное отслеживание отдельных меченых клеток в популяции”, – рассказала старший научный сотрудник лаборатории “Дистанционно управляемые системы для тераностики” Научного медицинского центра СГУ Полина Демина.
Она объяснила, что в основе предложенной метки лежит краситель родамин Б, который способен необратимо менять свою окраску под воздействием интенсивного лазерного излучения. Сам по себе краситель свободно “прилипает” к клеточной мембране и может сделать светящимися все находящиеся рядом клетки. Для того чтобы он локализовался только на нужных клетках, родамин Б поместили в полимерные микроконтейнеры.
“Наша метка является твердой частицей, имеющей физические размеры, позволяющие свободно визуализировать выбранный объект посредством как обычной, так и флуоресцентной микроскопии”, – добавила Демина.
По ее словам, до светового воздействия родамин Б флуоресцирует в оранжевом диапазоне и имеет ярко-розовую окраску, а после воздействия лазером окраска меняется и спектр сдвигается в зеленую область. Поэтому клетки с “переключенной” меткой легко отделимы от тех, которые не подвергались облучению.
Для “переключения” цвета флуоресценции на клетки можно воздействовать лазером с длиной волны 532 нм, который часто используется во всех молекулярно-биологических и медицинских лабораториях для анализов. Это позволяет сделать процесс отслеживания маркированных клеток более доступным, считают ученые.
Ученые объяснили, что новая технология является альтернативой существующей биологической метке. Сейчас оптические маркеры разрабатываются путем создания трансгенных клеточных линий и живых организмов, продуцирующих флуоресцентные белки.
“Чтобы сделать клетку “светящейся” нужно изменить ее ДНК с помощью плазмиды или вируса, которые позволят клетке вырабатывать специальный “светящийся” белок. Таким образом, каждая дочерняя клетка будет нести в себе участок чужеродной ДНК”, – рассказала Демина.
Она подчеркнула, что плазмида или вирус может встроиться в любой участок генома клетки, что может привести к нарушению функций клеток.
Демина добавила, что в зависимости от строения белковой метки необходимо подбирать подходящие, индивидуальные характеристики лазера для возбуждения светового сигнала молекулы, чтобы он обладал достаточной интенсивностью. Со временем такая метка “выгорает” и ее свечение угасает как за счет процессов деградации, так и из-за клеточного деления.
В предложенной разработке эти недостатки отсутствуют, отметила ученая. По ее словам, дальнейшие исследования дадут еще больше преимуществ новой технологии.
“На данном этапе мы работаем над изучением механизмов фотопреобразования, над его природой и фотохимией. Понимание этого уникального явления позволит нам расширить круг применяемых красителей и создать мультиколорные клеточные метки”, – подытожила Демина.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант №22-23-00313). СГУ – участник государственной программы поддержки университетов “Приоритет-2030”.
