Визуализация внутренней работы живой клетки
Инструменты визуализации, такие как рентгеновское излучение и МРТ, произвели революцию в медицине, дав врачам возможность в режим реального времени увидеть в подробностях внутренние органы человека. Исследователи из Колумбийского университета пошли её дальше представив технологию, позволяющую наблюдать за изменениями внутри отдельных живых клеток. Теперь врачи могут увидеть как образуются новые белки, липиды, строится ДНК, появляется возможность отслеживать метаболические изменения в клетках.
Новая технология объединяет уже используемые в науке инструменты: химический маркер D₂O (тяжёлая вода) и метод лазерной визуализации комбинированным рассеиванием света (эффект Рамана). Исследователи видят практическое применения технологии в хирургии для быстрого определения границ опухоли и её удаления, выявления травм головного мозга, нарушений в развитии и обмена веществ.
Живые клетки, поглотив тяжелую воду, начинают включать дейтерий в состав новых белков, липидов и ДНК. Нацелив свет микроскопа с Рамановским лазером (SRS-laser) на клетки, можно наблюдать излучение макромолекул каждой со своим спектром
«Мы можем использовать эту технологию для визуализации метаболической активности у широкого круга животных», — говорит главный автор исследования Вэй Мин, профессор химического отделения Колумбийского университета — «Отслеживая, где и когда сделаны новые белки, липиды и молекулы ДНК, мы можем больше узнать о том, как развиваются и стареют животные, и что не так в случае травмы и болезни».
Тяжелая вода применяется в качестве химического индикатора. Вода состоит из тех же атомов кислорода и водорода, но последний заменён дейтерием — стабильным изотопом с атомной массой равной 2. В малых дозах она безопасна и её можно применять внутрь. После метаболизма клеток в организме тяжелая вода включается в состав новых белков, липидов и ДНК, где дейтерий образует химические связи с углеродом.
Когда углерод-дейтериевые связи подвергаются внешнему световому излучению они сами начинают излучать свет разной длины волны. Исследователи обнаружили, что каждой макромолекуле белка, липида или ДНК соответствует свой спектральный состав, позволяя идентифицировать каждую из них.
Ранее тяжёлая вода уже использовалась для маркировки белков и липидов для отслеживания метаболических изменений. Для этого требовалось извлечь клетки из организма и провести анализ на масс-спектрометре. Новая технология позволяет визуализировать субклеточные изменения в реальном времени и пространстве. «Мы получаем непрерывную картину того, что происходит внутри живых животных клеток. Раньше у нас был только снимок», — говорит со-ведущий автор исследования Линджиан Ши.
В своём исследовании учёные разбавляли обычную воду с тяжёлой и давали её круглым червям, эмбрионам мышей и рыбкам данио. Направляя микроскоп с Рамановским лазером (stimulated Raman scattering laser) на различные ткани, они наблюдали в течение нескольких часов и дней, как новые формируются протеины, липиды и ДНК, созданные из дейтерия.
В одном эксперименте учёные наблюдали, как яркая линия появляется вокруг быстрорастущих опухолей головного мозга и толстой кишки у мышей. По мере разделения раковых клеток большее количество дейтерия было включено в их новые белки и липиды. «Этот метод создает резкую грань между здоровой и раковой тканью, что значительно облегчает удаление опухоли», — сказал Ши.
Эрик Потман, профессор Школы биологических наук Калифорнийского университета так прокомментировал новую технологию визуализации: «Красота этого метода в его простоте. Он создает яркие изображения метаболической активности в тканях с минимальными усилиями. По мере совершенствования технологии в недалёком будущем клетки, помеченные дейтерием, могут помочь обнаружить опухоли на гораздо более ранних стадиях».
Источник: ScienceDaily
