Учёные используют наночастицы для отслеживания изменений в раковых клетках

Новая технология визуализации позволяет одновременно измерять до 100 и более различных характеристик в отдельной клетке. Это может дать гораздо более полную картину происходящего в индивидуальных опухолевых клетках при таких заболеваниях, как рак.

Команда из Медицинской школы Стэнфордского университета под руководством Кэти Шахаф впервые использовала специально разработанные наночастицы, содержащие краситель, для одновременной визуализации двух характеристик внутри одиночных клеток. Хотя современные технологии проточной цитометрии одиночных клеток позволяют проводить до 17 одновременных визуализаций, новый метод имеет потенциал для значительно большего. Технология работает за счёт усиления обнаружения сверхспецифичных, но очень слабых сигналов, известных как рамановские сигналы, которые молекулы испускают в ответ на свет.

В исследовании, опубликованном 15 апреля в онлайн-журнале PLoS-ONE, команде Стэнфорда удалось одновременно отслеживать изменения в двух внутриклеточных белках, Stat1 и Stat6, которые играют ключевую роль в развитии рака. Изменения в уровнях фосфорилирования этих белков в культивируемых клетках миелоидного лейкоза точно соответствовали данным, полученным существующими методами визуализации, что подтвердило принцип работы нового подхода.

Успешное развитие этой техники может улучшить способность учёных не только диагностировать рак, но и в конечном итоге разделять живые биопсированные раковые клетки на основе характеристик, указывающих на стадию прогрессии или степень устойчивости к химиотерапевтическим препаратам.

Преодоление ограничений проточной цитометрии

В проточной цитометрии клетки облучаются лазерным светом при прохождении через сканирующую камеру. Метод предполагает прикрепление флуоресцентных молекул красителя к антителам. Однако в какой-то момент световые сигналы от множества красителей начинают интерферировать друг с другом. Маловероятно, что количество различных характеристик, которые можно одновременно измерить с помощью проточной цитометрии, превысит 20.

Принцип новой технологии

Новые высокотехнологичные частицы, содержащие краситель, которые использовала команда Стэнфорда, делают шаг вперёд. Они излучают не просто одночастотные флуоресцентные сигналы, но и более сложные спектральные «отпечатки пальцев», состоящие из длин волн, слегка отличающихся от монохроматического лазерного излучения. Эти рамановские сигналы возникают, когда энергетические уровни электронов слегка изменяются слабыми взаимодействиями между атомами в исследуемой молекуле.

Рамановские сигналы слишком слабы для обнаружения. Чтобы усилить их, команда использовала специализированные наночастицы, произведённые Intel Corp., каждая со своей уникальной сигнатурой. Intel разработала более 100 различных COINs (composite organic-inorganic nanoparticles). Эти «сэндвичи» из молекул красителя и атомов металлов (серебра, золота или меди) усиливают рамановские сигналы молекулы красителя, одновременно фильтруя её собственный флуоресцентный ответ. Сигналы собираются и количественно оцениваются с помощью настроенного автоматизированного микроскопа.

Перспективы

Кэти Шахаф ожидает, что в ближайшем будущем удастся продемонстрировать одновременную визуализацию 9 или 10 клеточных характеристик, помеченных COIN, и надеется вскоре довести это число до 20–30. «В конечном итоге возможности технологии могут значительно превысить это число», — добавила она. В один прекрасный день её можно будет использовать для более чем 100 характеристик.

Кроме того, другая группа, сотрудничающая с лабораторией Нолана, разработала прототип устройства, которое может обнаруживать рамановские сигналы в непрерывном потоке одиночных клеток, аналогично проточной цитометрии, но с более высоким разрешением.