Контроль движения клеток с помощью света

Исследователи из Фрайбурга разработали гидрогель, жесткость которого можно обратимо регулировать светом. Это позволяет изучать, как клетки, особенно иммунные, реагируют на динамические изменения механических свойств окружающей их среды. Работа стала первым совместным проектом кластеров передового опыта CIBSS и livMatS и представлена на обложке журнала Advanced Materials.

Оптогенетический подход к матрице

Для создания регулируемой матрицы ученые использовали принципы оптогенетики, обычно применяемой для контроля процессов внутри клеток. В качестве молекулярного переключателя был выбран бактериальный фитохром Cph1 из общедоступной базы данных OptoBase. Этот белок димеризуется (связывается с другой молекулой Cph1) под красным светом и диссоциирует под дальним красным светом.

Инженерная версия Cph1 со встроенными сайтами связывания для клеток использовалась для сшивания разветвленных полимеров полиэтиленгликоля. В результате:

• Красный свет → увеличение числа сшивок → повышение жесткости гидрогеля.
• Дальний красный свет → диссоциация димеров → размягчение матрицы.

Изменения свойств материала происходят в течение секунд, обратимо и точно настраиваемо.

Реакция иммунных клеток

Эксперименты с Т-клетками (иммунными клетками, борющимися с раком) показали:

• Миграция Т-клеток возможна только через размягченные (подвергнутые дальнему красному свету) участки матрицы.
• Через жесткую матрицу Т-клетки мигрировать не способны.

Этот контраст отражает реальные условия в организме: известно, что опухолевые клетки, в отличие от Т-клеток, предпочитают мигрировать через жесткие ткани для инвазии и метастазирования.

Значение исследования

Созданная система моделирует динамическую среду, с которой сталкиваются иммунные клетки при движении через здоровые и опухолевые ткани. Она не только помогает объяснить неудачи некоторых Т-клеточных иммунотерапий рака, но и может вдохновить на разработку улучшенных терапевтических подходов.