3D-голографическая визуализация отслеживает изменения лизосом в живых клетках без химических меток

Исследователи из Института прикладных наук и интеллектуальных систем Национального исследовательского совета Италии (ISASI-CNR) и Института генетики и медицины Телетон (TIGEM) разработали метод для наблюдения за лизосомами в живых суспензионных клетках — количественно, в 3D и без использования химических меток.

Их исследование, опубликованное в ACS Nano, демонстрирует голографическую томографию в конфигурации проточной цитометрии (HTFC) как мощный инструмент для выявления морфологических и пространственных изменений лизосом в моделях лизосомных болезней накопления (LSD), в частности болезни Ниманна — Пика типа C1 (NPC1).

«Впервые мы можем измерять биофизические параметры лизосом — такие как плотность и объем — и видеть, как патологическое накопление молекул изменяет их физические свойства. Эти параметры можно использовать для изучения механизмов болезни, ее прогрессирования и ответа на терапию. В NPC1 мы показали, что коррекция позиционирования лизосом может разрешить накопление холестерина», — говорит Диего Медина, руководитель исследования в TIGEM.

Шаг к клиническому применению

Лизосомные болезни накопления — это группа из более чем 60 редких генетических нарушений, вызванных дефектами ферментов или белков в лизосомах, что приводит к тяжелому воздействию на ткани и органы, особенно на центральную нервную систему. Современные методы диагностики и мониторинга ограничены отсутствием инструментов для функционального анализа лизосом в реальном времени в живых клетках.

Технология HTFC обеспечивает безындикаторную 3D-визуализацию высокого разрешения в клинически релевантном контексте — в живых суспензионных клетках, а не в традиционно используемых адгезивных клетках.

«Впервые эта технология позволяет нам получать количественную и трехмерную информацию в суспензионных клетках из моделей болезни Ниманна — Пика типа C. Этот контекст гораздо ближе к клинической реальности», — объясняет Даниэле Пирроне, первый автор и исследователь ISASI-CNR.

Используя HTFC, исследователи проанализировали тысячи живых клеток в суспензии, получив высокоинформативные 3D-томограммы на основе показателя преломления, без окрашивания или сложной подготовки. Они идентифицировали морфометрические 3D-биомаркеры, которые могут надежно отличать здоровые клетки от больных, и отследили эффекты фармакологического и генетического лечения.

«С помощью этого метода мы можем точно измерять изменения в морфологии и позиционировании лизосом, прокладывая путь к новым биомаркерам для LSD», — добавляют Паскуале Меммоло и Лиза Миччо, старшие исследователи ISASI-CNR.

Следующие шаги

В перспективе команда намерена валидировать технологию на клетках, полученных от пациентов (например, фибробластах и клетках крови), и повысить пространственное разрешение для достижения идентификации отдельных лизосом. Эти усовершенствования объединят преимущества микроскопии высокого разрешения с крупномасштабным статистическим анализом.

«Интеграция голографической цитометрии в конвейер трансляционных исследований — это решающий шаг к клиническому применению», — заключает Пьетро Ферраро, научный руководитель и главный исследователь ISASI-CNR. — «HTFC обладает огромным потенциалом в качестве инструмента диагностики и скрининга терапии, и наши результаты побуждают нас двигаться дальше к валидации на клетках пациентов».