Исследователи из Иллинойса впервые подсчитали факторы роста в отдельных клетках
Факторы роста — молекулы, которые связываются с рецепторами на клетках, — во многом определяют поведение и процессы как в здоровых, так и в больных клетках. Например, они дают клеткам команды делиться, двигаться или запускать апоптоз (запрограммированную гибель).
Нарушения в уровнях факторов роста или в реакции клеток на них могут приводить к различным заболеваниям, включая рак. «Считается, что клетки реагируют на факторы роста с экстремальной чувствительностью, — говорит профессор биоинженерии Эндрю Смит. — Например, одна-единственная молекула может вызвать серьёзное изменение в поведении клетки».
В статье, опубликованной в Nature Communications, Смит представил новую технологическую платформу, которая впервые позволила цифровым способом подсчитать количество молекул фактора роста, попадающих в отдельную клетку. Ранее учёные могли лишь косвенно судить о связывании фактора роста по реакции клеток на его введение.
«Мы впервые показали прямые причинно-следственные связи факторов роста в одиночных клетках, — заявил Смит. — Мы ожидаем, что это приведёт к новому пониманию клеточной сигнализации, реакции клеток на лекарства и причин устойчивости клеточных популяций к препаратам, особенно в контексте улучшения лечения рака».
Как работает технология
Платформа Смита помечает каждую молекулу фактора роста одиночной инженерной инфракрасной флуоресцентной квантовой точкой (размером около 10 нанометров), которую затем можно наблюдать с помощью трёхмерного микроскопа. В исследовании учёные подсчитали, сколько молекул эпидермального фактора роста (EGF) связывается с клетками тройного негативного рака молочной железы человека, предварительно размещёнными на островковых поверхностях.
EGF обычно сигнализирует о делении клеток и приводит к росту тканей. Многие виды рака имеют мутации в рецепторах EGF.
«Мы использовали квантовые точки в качестве флуоресцентного зонда, потому что они излучают намного больше света по сравнению с обычными зондами, такими как органические красители, а их длину волны можно настраивать, меняя химический состав, — пояснила ведущий автор статьи, аспирантка по биоинженерии Фыонг Ле. — В нашем исследовании мы показали, что квантовые точки, излучающие свет в ближнем инфракрасном диапазоне, позволяют наиболее точно подсчитать связывание факторов роста с клетками».
Связь с устойчивостью к лекарствам
Команда также обрабатывала клетки рака молочной железы, помеченные квантовыми точками EGF, в отсутствие и в присутствии фармацевтических препаратов, подавляющих сигнализацию EGF в клетках.
«Мы обнаружили, что количество связывания EGF обратно пропорционально эффективности лекарства, — сообщила Ле. — Этот вывод важен, поскольку означает, что сигнальные молекулы, присутствующие в опухоли — месте, где их регуляция часто нарушена, — могут усиливать устойчивость раковых клеток к фармацевтическим агентам».