Нанотехнологический «чек-ап» для пересаженных клеток

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса разработали метод, позволяющий определить, живы или мертвы клетки, ранее пересаженные в живой организм. По их мнению, это новшество ускорит разработку клеточных заместительных терапий для таких состояний, как печеночная недостаточность и диабет 1-го типа. Как сообщается в мартовском номере журнала Nature Materials, в исследовании использовались наноразмерные датчики pH и аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ), чтобы отслеживать, выживают ли со временем клетки печени, введенные мышам.

«Эта технология может превратить человеческое тело из "черного ящика" в систему, которая сообщает, живы ли пересаженные клетки», — говорит руководитель исследования Майк МакМахон, доктор философии, доцент радиологии. Эта информация будет бесценна для тонкой настройки терапий.

Успехи регенеративной медицины зависят от надежных методов замены поврежденных или отсутствующих клеток, например, инъекций панкреатических клеток людям с диабетом. Чтобы защитить пересаженные клетки от иммунной системы, их можно заключить в мягкие гидрогелевые мембраны перед трансплантацией. Однако, как объясняет МакМахон, «после введения клеток вы действительно не знаете, как долго они выживают». Такие клетки в конечном итоге перестают работать у большинства пациентов. Врачи могут лишь предположить, что клетки погибли, но не знают, когда и почему.

Группа МакМахона, специализирующаяся на методах обнаружения химических изменений, объединилась с группой Джеффа Балта, директора по клеточной визуализации Института клеточной инженерии Хопкинса. Группа Балта разрабатывает способы отслеживания имплантированных клеток в организме с помощью МРТ. Под руководством научного сотрудника Кэнни Чан команда создала чрезвычайно маленький наноразмерный сенсор, заполненный L-аргинином. Эта пищевая добавка химически реагирует на небольшие изменения кислотности (pH), вызванные гибелью соседних клеток. Изменения кислотности, в свою очередь, запускают изменения в молекулах-сенсорах, встроенных в тонкий липидный слой, составляющий внешнюю оболочку наночастицы, что создает сигнал, обнаруживаемый МРТ.

Чтобы протестировать работу наносенсоров в живом организме, команда поместила их в гидрогелевые сферы вместе с клетками печени (потенциальная терапия при печеночной недостаточности) и другим сенсором, испускающим биолюминесцентный свет только пока клетки живы. Сферы ввели под кожу мышам. Как подтвердил световой сигнал, МРТ точно определила местоположение клеток в организме и долю тех, что оставались живы. (Такие световые индикаторы нельзя использовать для отслеживания клеток у людей, но они позволили команде проверить корректность работы МРТ-наносенсоров у мышей.)

«Было очень интересно увидеть, что это так хорошо работает в живом организме», — говорит Чан. Команда надеется, что поскольку компоненты системы (гидрогелевая мембрана, липидные молекулы и L-аргинин) безопасны для человека, адаптация открытия для клинического использования окажется относительно простой. «Это должно устранить большую часть догадок при клеточной трансплантации, позволяя врачам видеть, выживают ли клетки, а если нет — то когда они погибают. Таким образом можно выяснить, что убивает клетки, и как это предотвратить».

Потенциальное применение сенсоров не ограничивается клетками внутри гидрогелевых капсул, отмечает Балт. «Эти наночастицы будут работать и вне капсул, и их можно комбинировать со многими типами клеток. Например, их можно использовать, чтобы увидеть, гибнут ли опухолевые клетки в ответ на химиотерапию».