Новая техника отслеживания взаимодействий клеток в живых организмах

Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета разработали новую технику для наблюдения за взаимодействием разных типов клеток в живых мышах. Метод использует светящиеся белки, которые начинают излучать свет, когда два типа клеток сближаются.

С помощью этой техники команда смогла определить, где в организме оказываются метастатические раковые клетки после отделения от первичной опухоли, используя общедоступные лабораторные реагенты. Исследователи выбрали химические вещества, доступные в большинстве биологических лабораторий, чтобы создать метод для широкого применения.

Исследование будет опубликовано 6 мая онлайн в Proceedings of the National Academy of Sciences.

До сих пор лучшим способом увидеть взаимодействие клеток внутри живого животного или человека была имплантация микроскопа. Однако предсказать все места, где будут размножаться метастатические клетки, практически невозможно. «В настоящее время нет хороших способов наблюдать ранние метастазы, когда они находят свою микро-среду и обосновываются», — сказал ведущий автор исследования Марк Селлмайер, MD, PhD.

Селлмайер тесно сотрудничал с Дженнифер Прешер, PhD. «Я думаю, это действительно расширяет наши возможности, расширяет инструментарий», — сказала Прешер. «Каждый раз, когда у нас появляется новая точка обзора — новая технология — это может открыть двери для понимания новых аспектов биологии».

Селлмайер и Прешер генетически модифицировали иммунные клетки и раковые клетки — так называемые активаторные и репортерные клетки соответственно — чтобы они производили два разных фермента:

• Активаторные иммунные клетки создавали фермент B-галактозидазу, который может преобразовывать общий биологический зонд «заключенный люциферин» в люциферин.
• Репортерные раковые клетки создавали фермент люциферазу, которая расщепляет молекулу люциферина в химической реакции, излучающей свет.

После демонстрации работы метода в клеточной культуре в чашке Петри, они применили его на живых мышах. Мышам имплантировали генетически модифицированные клетки костного мозга, генерирующие активаторные иммунные клетки. Экспериментальной группе из 10 мышей в брюшную полость имплантировали опухоли из генетически измененных раковых клеток-репортеров. Контрольной группе из 4 мышей имплантировали неизмененные клетки костного мозга. Через несколько недель исследователи ввели соединение, которое должно было преобразоваться в светящийся люциферин.

Исследователи могли легко видеть, где популяции иммунных клеток сближались с популяциями метастатических раковых клеток, потому что эти части тела мыши начинали светиться. Среди прочих мест метастазирования исследователи с удивлением обнаружили, что у нескольких мышей небольшие популяции раковых клеток начали расти в носу и прямо под нижней челюстью.

В настоящее время технику нельзя использовать на людях, но исследователи надеются, что её будут применять для изучения различных клеточных взаимодействий у лабораторных мышей. Контаг планирует использовать метод для изучения миграции иммунных клеток к местам инфекции. «Клеточно-клеточная коммуникация важна для множества биологических процессов», — сказал он. «Знание близости одного типа клеток к другому в контексте живой ткани является ключом к пониманию биологии».

Для работы техники требуется минимальная популяция в 1000 клеток как для активаторных, так и для репортерных клеток. Прешер работает над повышением точности метода, чтобы можно было отслеживать меньшие популяции клеток.

И Контаг, и Уэндлесс отметили, что междисциплинарный подход Селлмайера и Прешер был ключевым для разработки метода. «Их подготовка в области биологии позволила им определить важную проблему в области in vivo визуализации, а их способность применять химию позволила Марку и Дженн разработать новую технику, которая была бы недоступна большинству классических биологических лабораторий», — сказал Уэндлесс.