Новый метод визуализирует химические сигналы отдельных клеток
Для диагностики рака и выбора терапии критически важно понимание процессов в опухоли на микроскопическом уровне, включая межклеточную коммуникацию и задействованные химические сигналы. Инновационные методы, визуализирующие изменения на уровне отдельных клеток, могут ускорить и повысить точность диагностики, а также сделать терапию более целенаправленной.
Исследователи из Института гигиены Мюнстерского университета впервые разработали метод, напрямую совмещающий флуоресцентную микроскопию с MALDI-масс-спектрометрическим имиджингом. MALDI (матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация) позволяет определять химические профили отдельных соседних клеток в образцах тканей на одном срезе с пространственным разрешением около одной тысячной миллиметра.
С помощью этого метода команда смогла визуализировать ранее скрытые различия в метаболических паттернах между непосредственно соседними клетками в опухолевой ткани. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
«Впервые мы можем идентифицировать типы клеток на основе флуоресценции и сопоставить их с их химической сигнатурой в тканевом контексте. Это позволяет обнаруживать химические различия и взаимодействия на уровне одной клетки», — говорит первый автор исследования д-р Александр Поттхофф. Это особенно важно, поскольку взаимодействие между раковыми клетками, окружающими клетками и проникающими иммунными клетками часто определяет, останется ли болезнь локализованной или начнёт распространяться.
Техника MALDI-масс-спектрометрического имиджинга использует лазер для высвобождения молекул из ткани и измерения их массы, предоставляя информацию о многочисленных метаболитах и компонентах клеточной стенки. Поскольку масс-спектрометр детектирует только заряженные частицы, для пост-ионизации можно использовать второй лазер. Эта техника MALDI-2 значительно повышает чувствительность детекции для многих важных классов молекул.
Представленный метод сочетает два технических улучшения:
- Использование обратной геометрии облучения (трансмиссионный режим), повышающей пространственное разрешение.
- Интеграцию флуоресцентного микроскопа непосредственно в используемый масс-спектрометр.
В сочетании с оптимизированной пробоподготовкой это позволяет напрямую связать флуоресцентные измерения (например, на белковой основе) с масс-спектрометрическим анализом метаболома и липидома — на одном и том же срезе ткани.
Идея повышения чувствительности детекции с помощью второго лазера была представлена мюнстерской командой несколько лет назад. Трансмиссионный режим также был описан ранее. Новым является сочетание этих компонентов с напрямую интегрированным флуоресцентным микроскопом и адаптацией пробоподготовки.
«Комбинированный метод может поддержать множество устоявшихся техник флуоресцентной микроскопии. В частности, вероятно, выиграют исследователи в фундаментальной науке, например, в клеточной биологии, иммунологии и биологии опухолей», — объясняет д-р Йенс Зольтвиш. С клинической точки зрения, в будущем решения о терапии могли бы поддерживаться дополнительным быстрым анализом биопсий.
По словам проф. д-ра Клауса Драйзеверда, потенциал ещё больше: «При дальнейших технических улучшениях пространственное разрешение может достичь диапазона в несколько сотен нанометров, что позволит изучать даже химический состав отдельных клеточных органелл, таких как внутриклеточные липидные капли, везикулы или синапсы».
В долгосрочной перспективе такие открытия помогут учёным разрабатывать новые активные вещества и делать системы здравоохранения более эффективными.