Новости

Светящиеся клетки теперь можно будет разглядеть даже глубоко внутри организма

Вдохновившись блистательными способностями светлячков и медуз, японские исследователи создали особые светящиеся клетки, которые видны глубоко внутри организма животного. В будущем технология пригодится для медицинской визуализации.
Биолюминесцентные насекомые, грибы, морские животные и другие подобные существа, способные испускать свой свет, известны с древности. Но лишь в конце XIX века учёные начали понимать, что за подобные "чудеса" отвечают химические реакции.
Сияние того же светлячка определяется реакцией между ферментом под названием люцифераза и соединением люциферином. Выяснив это, учёные использовали механизм себе во благо: преобразовали люциферин таким образом, чтобы в сочетании с природным ферментом он порождал ближний инфракрасный свет. Последний способен проходить сквозь ткани животных.
По словам авторов новой работы, биолюминесцентные методы визуализации – настоящий подарок для исследователей, поскольку они помогают специалистам изучать жизнь клеток в их естественной "среде обитания" (в самом организме), не вмешиваясь в природные процессы. Подобные методы позволяют контролировать рост опухоли, визуализировать различные процессы развития, отслеживать межклеточное взаимодействие.
Между тем существуют технические ограничения. Например, таким образом не "увидеть" ткани, находящиеся глубоко в организме.
Японские специалисты нашли решение проблемы. Изначально (в предыдущих работах) учёные показали, что синтетический люциферин под названием AkaLumine-HCl способен проникать через гематоэнцефалический барьер (естественную защиту мозга от вторжения извне). Его достоинство ещё и в том, что он в паре с люциферазой порождает ближний ИК-свет.
Однако природный фермент светлячков не очень хорошо сочетается с таким синтетическим люциферином, поэтому в новой работе специалисты Страны восходящего солнца решили усовершенствовать люциферазу.
Учёные создали несколько версий фермента с различными мутациями, чтобы улучшить его работу в паре с AkaLumine-HCl. Затем исследователи внедрили их в бактерии. Микроорганизмы также содержали синтетический люциферин, то есть могли светиться на нужной биологам и медикам длине волны.
После этого специалисты выделили ферменты из наиболее ярко светящихся бактерий и повторили весь процесс. Спустя 21 поколение учёные получили новый фермент, оптимизированный для работы с AkaLumine-HCl.
После были созданы клетки, производящие наиболее эффективную с точки зрения свечения, версию фермента.
Затем клетки, производящие новый фермент, и синтетический люциферин внедрили в кровоток лабораторных мышей. Оказалось, что создаваемое при взаимодействии веществ свечение проходило сквозь ткани грызунов, и его можно было уловить вне организма при помощи инфракрасной камеры.
Даже одна клетка, находящаяся в лёгком животного, создавала достаточное свечение, которое можно было обнаружить камерой.
Японские учёные также вставили гены, нужные для производства "яркого" фермента, в нейроны обезьян. В итоге даже через год после процедуры исследователи смогли наблюдать биолюминесцентное свечение определённых областей мозга у существ.
Благодаря подобному прорыву учёные смогут с невероятной точностью следить за определёнными клетками в организме животных. Это пригодится, например, для определения того, как мозг реагирует на различные изменения в окружающей среде, или того, как опухолевые ткани, иммунные клетки и стволовые клетки перемещаются по организму.
Такая технология визуализации также позволит медикам изучать поведение пересаженных тканей и контролировать рост опухолей – без необходимости проведения инвазивной хирургической операции.

 
Специалист Роберт Кэмпбелл (Robert Campbell) из Альбертского университета назвал работу "существенным скачком вперёд", которая поможет пролить свет на распространение рака по всему организму. Более того, помимо изучения "манёвров" клеток в организме, с помощью нового метода можно будет выяснять, насколько хорошо работает генная терапия.
Результаты исследования представлены в научном издании Science.
Ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о другом методе объёмной визуализации, который позволит заглянуть внутрь живых клеток. Также мы рассказывали об "очках-рентгене", позволяющих смотреть под кожу пациента.
Читайте также
Если бы парни заполучили машину времени: подборка научных мемов
Если бы парни заполучили машину времени: подборка научных мемов
Подборка новых и вечных научных мемов.
Как человек отключает естественный отбор?
Как человек отключает естественный отбор?
Обратная сторона современной гуманистической медицины — порча генофонда
История шестиногого монстра, созданного для армии США
История шестиногого монстра, созданного для армии США
Вооруженные силы США потратили миллионы долларов на разработку гигантских шестиногих шагающих грузовиков в 1980-х годах.