Ученые Сколтеха и Саратовского государственного университета разработали простую и легко воспроизводимую систему маркировки отдельных клеток, которая позволяет отслеживать поведение и перемещение отдельных клеток при решении задач, требующих максимальной точности. Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.
В современной биомедицине и биологии развития исследователям зачастую приходится четко прослеживать движение отдельных клеток как для выделения максимально очищенных клеток из различных типов клеточных линий, в частности, при выборе мезенхимальных стволовых/стромальных клеток, наиболее пригодных для регенерации тканей, так и для выявления паразита внутри хозяйской клетки. Один из способов решения этой задачи − использование палитры флуоресцентных белков, которые светятся всевозможными цветами под воздействием ультрафиолетового или синего света. Однако применение этого метода требует создания новых трансгенных линий, обеспечивающих экспрессию этих белков и при этом удаляющихся от исходных клеточных культур. Кроме того, некоторые белки токсичны и быстро разлагаются.
Профессор Сколтеха и Лондонского университета королевы Марии Глеб Сухоруков и его коллеги решили вместо маркерных белков использовать полимерные многослойные микрокапсулы, которые могут усваиваться многими клетками, оставаясь внутри них на протяжении нескольких дней. Ученые изготовили гибридную полимерную микрокапсулу с углеродными наноточками (CND), наполненную флуоресцентным красителем − родамином B. Благодаря сочетанию этих компонентов капсула становится фотопереключаемой.
Исследователи протестировали свою систему, промаркировав отдельные клетки на шести клеточных линиях, включая известные «вечные» клетки HeLa и здоровые эмбриональные фибробласты человека. Система показала неплохой результат при тестировании: метки сохранялись даже после 48 часов наблюдения, а в маркированных клетках заметных повреждений отмечено не было. Данный метод можно использовать для комбинаторного кодирования отдельных клеток внутри популяций, поскольку одна и та же клетка может маркироваться несколькими хорошо отличимыми друг от друга микрокапсулами.
«Для оптической маркировки отдельных клеток ранее использовались другие методы, однако все они основывались на генетической модификации клеток и кодировании фотопереключаемых белков, что не позволяло широко применять их на практике, особенно для стволовых и других клеток, генетическая модификация которых невозможна или нежелательна. Мы предложили простой инструмент, который можно применять для различных клеточных линий благодаря легкому усваиванию фотопереключаемых капсул клеткой. Еще одно преимущество метода − возможность комбинаторной маркировки: каждая маркированная клетка может иметь уникальную комбинацию переключаемых капсул, которая «присваивает код» отдельным клеткам и облегчает задачу мониторинга перемещений клеток внутри популяции», − рассказывает Глеб Сухоруков.
Он отмечает, что его коллектив рассчитывает на взаимодействие с биологами и специалистами по медико-биологическим исследованиям, заинтересованными в решении задач, связанных с перемещением отдельных клеток и межклеточными миграциями в популяциях.
«Кроме того, мы точно не знаем, как однотипные клетки взаимодействуют внутри популяции и почему одни клетки первыми реагируют на внешние раздражители и становятся «лидерами», а остальные лишь следуют за ними. Мы полагаем, что, как только нам удастся выделить и продемонстрировать биологические и биохимические различия между отдельными клетками в популяции, выяснить так называемое социальное поведение клеток в популяции, таким образом, наш метод станет востребованным и найдет широкое применение», − отмечает в заключение Сухоруков.
*****
Сколтех – негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях.
