Высокопроизводительный метаболический профилирование одиночных клеток

Ученые из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) и Немецкого центра исследования рака (DKFZ) представили новый метод для получения метаболических профилей отдельных клеток. Метод, сочетающий флуоресцентную микроскопию и специальную форму масс-спектрометрии, может анализировать более сотни метаболитов и липидов из более чем тысячи отдельных клеток в час.

Сегодня многие биомедицинские дисциплины сосредотачивают внимание на метаболитах отдельных клеток. Теперь известно, что они не только являются продуктами распада или строительными блоками, но и как сигнальные молекулы поддерживают и определяют ключевые функции клеток, внося важный вклад в поддержание здорового баланса организма. «Метаболиты модулируют эпигенетику, регулируют иммунную систему, контролируют воспаление и, таким образом, также участвуют в канцерогенезе», — говорит Матиас Хайкенвельдер из DKFZ.

Отдельные клетки в органах или тканях часто демонстрируют выраженную гетерогенность в широком профиле различных метаболитов и липидов. Индивидуальный метаболический профиль клетки также зависит от ее локализации в органе. Для оценки состояния органа или ткани необходимо оценить метаболический профиль большого количества отдельных клеток и одновременно задокументировать их локализацию в тканевой сети.

Метод SpaceM основан на комбинации флуоресцентных микроскопических изображений и специальной формы масс-спектрометрии — MALDI-имиджинга (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization). Используя этот метод, исследователи смогли детектировать более 100 метаболитов из более чем тысячи отдельных клеток в час. В будущем возможны даже измерения в субклеточном масштабе.

Для валидации метода команда изучила популяцию человеческих клеток печени, которые они стимулировали жирными кислотами и провоспалительными цитокинами как in vitro модель неалкогольной жировой болезни печени и неалкогольного стеатогепатита. С помощью SpaceM они получили метаболические профили почти 30 000 отдельных клеток. Четверть клеток имела явно измененный липидный профиль, четко указывающий на воспалительное изменение, известное как стеатоз. При дальнейшей стимуляции этих клеток провоспалительной сигнальной молекулой IL17A почти вся популяция переключилась на воспалительный фенотип. Ученые смогли подтвердить именно эту последовательность изменений в развитии воспалительного заболевания печени у мышей с помощью стандартных методов измерения.

«SpaceM предлагает новые возможности для пространственной метаболомики одиночных клеток. При этом метод экономически эффективен и использует существующее оборудование», — говорит Теодор Александров из EMBL. «Мы ожидаем, что метод и алгоритмы с открытым исходным кодом сделают метаболомику одиночных клеток доступной по всему миру для решения различных актуальных биомедицинских вопросов».