Разработан целевой фотосенсибилизатор для манипуляции клетками

Исследователи под руководством Марселя Брушеза, директора Центра молекулярной и биосенсорной визуализации (MBIC) Университета Карнеги-Меллона, преобразовали флуоресцентный зонд в мощный оптогенетический фотосенсибилизатор для манипуляции клетками.

Технология может помочь лучше понять роль определённых клеток и белков в нормальных функциях и заболеваниях, а также потенциально использоваться в качестве целевой терапии рака и других болезней. Результаты опубликованы в Nature Methods.

Оптогенетика — это использование света для контроля биологической функции путём внедрения в генетический код организма светоактивируемых компонентов.

Команда Брушеза десятилетие разрабатывала флуоресцентные зонды — активируемые флуорогеном белки (FAPs), — для мониторинга активности белков в живых клетках в реальном времени. FAP экспрессируется в клетке и может быть связан с изучаемым белком. При связывании FAP с флуоресцентным красителем (флуорогеном) комплекс начинает светиться.

Исследователи модифицировали технологию, создав краситель, который не только светится, но и при связывании с FAP и облучении светом производит синглетный кислород — токсичную форму кислорода. Этот подход (FAP-TAPS) позволяет не только визуализировать целевой белок, но и селективно инактивировать его.

Предыдущие попытки создания подобных фотосенсибилизаторов ограничивались низкой селективностью связывания и необходимостью использования биологически опасных длин волн света с высокой дозой облучения. Комплекс FAP-TAPS преодолевает эти препятствия благодаря точному таргетированию FAPs и использованию света дальнего красного или ближнего инфракрасного диапазона. Такой свет проникает через ткани и биологически безопасен. FAP-TAPS также требует значительно меньше света, чем другие фотосенсибилизаторы (например, Killer Red). Кроме того, синглетный кислород биологически активен на короткой дистанции, что минимизирует повреждение соседних белков и клеток.

Эффективность модуля FAP-TAPS была доказана на популяции рыб данио-рерио. У рыб, экспрессирующих модуль FAP только в клетках сердечной мышцы, добавление красителя и облучение светом привело к немедленной остановке сердца и кровотока у личинок. У взрослых рыб наблюдался кардиотоксический ответ с трансформацией кардиомиоцитов в пролиферирующие клетки, которые восстановили повреждение за несколько дней. Эти результаты демонстрируют, что FAP-TAPS можно использовать для изучения регенерации сердца.

Исследователи полагают, что FAP-TAPS имеет потенциал для применения в других областях, включая абляцию опухолей, изучение сигналинга активных форм кислорода и манипуляции нервной системой.