Одновременное наблюдение за поверхностью клеток и распределением белков

В первом исследовании для проверки концепции ученые из Рурского университета в Бохуме (RUB) объединили два метода микроскопии, которые позволяют визуализировать как поверхность клетки, так и распределение белка внутри нее с нанометровым разрешением. Метод применим к живым клеткам. Он может, например, помочь проанализировать, как образуются раковые метастазы, или оценить эффективность определенных лекарств. Исследователи из рабочей группы по наноскопии Rubion (Центрального подразделения по ионным пучкам и радионуклидам RUB) сообщили о своих результатах в авторитетном журнале ACS Nano 23 мая 2018 года.

Первый шаг

Белковые комплексы, значительно меньшие 250 нанометров, не могут быть детально изображены с помощью методов световой микроскопии. Чтобы найти решение, группа RUB объединила микроскопию на подавлении спонтанного излучения (STED) со сканирующей ионно-проводящей микроскопией (SICM).

"Микроскопия STED позволяет нам анализировать распределение белков с высоким разрешением. SICM обеспечивает высокоразрешающее сканирование клеточной мембраны. Соответственно, мы смогли связать распределение клеточного белка актина с наноструктурой клеточной мембраны", — объясняет аспирант рабочей группы Филипп Хагенанн. "Наши результаты представляют собой первый шаг к высокоразрешающему анализу структуры поверхности, то есть биохимической организации клетки и окружающей ее мембраны", — уточняет доктор Патрик Хаппель, руководитель группы по наноскопии.

Понимание роли клеточной мембраны

Клеточная мембрана — это липидный слой, который окружает каждую клетку, отделяя ее от окружающей среды. Для коммуникации с внешним миром клетки имеют множество различных белков, встроенных в клеточную мембрану, которые передают внешние стимулы внутрь клетки. "То, как белки организованы в клеточной мембране, как меняется их положение и как эти изменения координируются, до конца еще не понято", — говорит Хаппель. Белки в клеточной мембране, а также сама мембрана являются важными факторами в этом процессе, поскольку клетки меняют свое положение во время заживления ран, в процессе развития, а также при образовании раковых метастазов. Исследователи называют этот процесс миграцией.

Хотя миграция клеток различается у разных типов клеток, общим аспектом является расширение клеточной мембраны в направлении движения. В организме мигрирующие клетки должны перемещаться через чрезвычайно узкие промежутки между другими клетками. Это возможно только если клетка значительно деформируется, а адгезионные комплексы формируются на переднем крае клетки и отсоединяются на заднем. Взаимодействие этих биохимических и биофизических процессов до сих пор мало изучено на молекулярном уровне, поскольку не существует метода, способного отслеживать этот динамический процесс с высоким разрешением в течение длительного времени.

Планируется создание комбинированного устройства

"Мы записывали данные последовательно на разных устройствах. Таким образом, мы смогли продемонстрировать, что наш метод делает возможным новые виды анализа", — объясняет аспирант рабочей группы Астрид Геспер.

Чтобы облегчить анализ в живых клетках, команда планирует в следующем шаге разработать комбинированный прибор. "Сочетание обоих методов позволит детально визуализировать транспортные процессы — что также играет решающую роль для целенаправленного применения лекарств с помощью наночастиц", — заключает Патрик Хаппель.