Биология становится проще с «прозрачными» тканями

Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) разработали методы, позволяющие сделать ткани, органы и даже целый организм прозрачными. Это открывает новые возможности для изучения строения организмов на уровне отдельных клеток и имеет перспективы для медицинской диагностики.

Проблема непрозрачности

Крупные объемы ткани непрозрачны из-за липидов в клетках, которые блокируют свет. Чтобы изучить отдельные клетки внутри такого объема (например, в почке мыши или биопсии опухоли человека), ткань приходится нарезать на тонкие срезы, отдельно сканировать каждый срез микроскопом, а затем с помощью компьютера собирать изображения воедино. Этот процесс очень трудоемок и подвержен ошибкам.

Новые методы: PACT и PARS

Новый подход основан на усовершенствовании техники CLARITY, ранее разработанной для создания прозрачных образцов целого мозга грызунов. Усовершенствованная методика оптимизирует концепцию CLARITY для очистки других органов и целых организмов.

• PARS (perfusion-assisted agent release in situ): использует собственную сеть кровеносных сосудов организма для быстрой доставки по всему телу гидрогеля (водного полимерного геля, обеспечивающего структурную поддержку) и химического раствора, растворяющего липиды. Это делает целый организм прозрачным, сохраняя его трехмерную архитектуру.
• PACT (passive clarity technique): применяется для очистки отдельных органов, когда очистка всего тела не требуется.

После очистки стандартные методы микроскопии (например, конфокальная) позволяют «заглянуть» сквозь толщу ткани и увидеть отдельные клетки, помеченные флуоресцентными белками. Техника PARS также может доставлять красители к определенным типам клеток, даже без генетического введения флуоресцентных меток.

Сохранение молекул и медицинское применение

Совместно с химиками Caltech исследователи подтвердили, что удаление липидов не затрагивает другие важные молекулы, такие как РНК, которые можно детектировать с разрешением на уровне одной молекулы в клетках прозрачных организмов.

В статье в журнале Cell основное внимание уделяется использованию PACT и PARS в качестве исследовательских инструментов. Однако уже найдено и диагностическое применение: при обработке биопсии опухоли кожи человека исследователи смогли увидеть распределение отдельных опухолевых клеток в массе ткани. В будущем эти методы могут использоваться в клиниках для быстрого обнаружения раковых клеток в образцах биопсии.

Широкие перспективы

Возможность сделать целый организм прозрачным, сохранив его структурную и генетическую целостность, имеет широкий спектр применений. Например, можно картировать нейроны периферической нервной системы по всему телу или отследить распределение вирусов (таких как ВИЧ) в животной модели.

Ведущий автор исследования Вивиана Градинару отмечает практичность новых методов для многих областей биологии: «Когда вы можете просто просмотреть организм в поисках нужных клеток или тонких аксонов — без нарезки и совмещения отдельных срезов — это экономит время исследователя. Это означает больше времени для ответа на большие вопросы».