Революционная технология для изучения наномеханики клеток

Исследователи из Сингапурско-Массачусетского альянса исследований и технологий (SMART) и Центра лазерных биомедицинских исследований (LBRC) MIT разработали новый способ изучения клеток, открывающий путь к лучшему пониманию того, как рак распространяется и становится смертельным.

Новая технология была описана в статье "Studying nucleic envelope and plasma membrane mechanics of eukaryotic cells using confocal reflectance interferometric microscopy", опубликованной в престижном журнале Nature Communications. Новый конфокальный интерферометрический микроскоп в отражённом свете обеспечивает разрешение по глубине 1.5 микрон и чувствительность измерения высоты лучше 200 пикометров для высокоскоростной характеризации нанометровых флуктуаций ядерной оболочки и плазматической мембраны в биологических клетках. Это позволяет исследователям использовать эти флуктуации для понимания ключевых биологических вопросов, таких как роль жёсткости ядра в метастазировании рака и генетических заболеваниях.

"Современные методы изучения механики ядра инвазивны, так как требуют либо механического воздействия, например, растяжения, либо введения флуоресцентных зондов, которые 'подсвечивают' ядро для наблюдения за его формой. Оба подхода нежелательно изменяют внутренние свойства клетки, ограничивая изучение клеточных механизмов, диагностику заболеваний и клеточные терапии", — заявили д-р Виджай Радж Сингх и д-р Захид Якуб. "С помощью конфокального интерферометрического микроскопа мы можем изучать механику ядра биологических клеток, не влияя на их естественные свойства".

Учёные могут изучить около сотни клеток за несколько минут, но верят, что систему можно модернизировать для повышения пропускной способности до десятков тысяч клеток.

"Сегодня многие механизмы заболеваний до конца не изучены, потому что у нас нет возможности наблюдать, как меняется ядро клетки при стрессе", — сказал д-р Питер Со. "Например, люди часто умирают не от первичного рака, а от вторичных опухолей, которые образуются после метастазирования раковых клеток из первичного очага — и врачи не знают, почему рак становится агрессивным и когда это происходит. Механика ядра играет жизненно важную роль в метастазировании рака, поскольку раковые клетки должны 'протискиваться' через стенки кровеносных сосудов в кровоток и снова при попадании в новое место. Вот почему возможность изучать механику ядра так важна для нашего понимания формирования рака, диагностики и лечения".

С помощью нового интерферометрического микроскопа учёные LBRC изучают раковые клетки при механическом стрессе, особенно во время процесса экстравазации, прокладывая путь к новым методам лечения рака. Кроме того, учёные также могут использовать ту же технологию для изучения влияния 'мутаций ламинов' на механику ядра, которые приводят к редким генетическим заболеваниям, таким как прогерия, вызывающая быстрое старение у маленьких детей.

Конфокальный интерферометрический микроскоп также имеет применение в других областях. Например, эта технология потенциально пригодна для изучения клеточной механики в интактных живых тканях. Новая технология может пролить свет на биологические процессы в основных органах тела, таких как печень, позволяя проводить более безопасную и точную клеточную терапию. Клеточная терапия является ключевым направлением для Сингапура, правительство которого недавно объявило о выделении 80 млн сингапурских долларов на развитие производства живых клеток в качестве лекарства.