Высокое разрешение РНК-секвенирования позволяет обнаруживать болезнь на самых ранних стадиях
Исследователи из Швеции и США разработали новый метод изучения отдельных клеток в человеческих тканях, который может привести к ещё более раннему обнаружению таких заболеваний, как рак и БАС. Метод обеспечивает увеличение пространственного разрешения в 1400 раз.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Methods, выполнено учёными из Королевского технологического института (KTH) и Института Броуда при MIT и Гарварде.
Технология основана на транскриптомике — картировании молекулярных «отпечатков пальцев» клетки. РНК-секвенирование позволяет изучать различные функции в тканях, но молекулярный профиль раскрывает не всё. Положение клетки в ткани также содержит важную информацию, включая данные о развитии различных заболеваний.
Методы изучения активных генов в отдельных клетках ткани значительно эволюционировали. В авангарде — различные микрофлюидные системы, позволяющие изолировать отдельные клетки и проводить массовое параллельное РНК-секвенирование. Этот метод дал возможность профилировать сотни тысяч клеток из ткани, но не предоставляет информации о происхождении клетки в ткани.
Параллельно развивались другие пространственно-молекулярные методы, захватывающие детальную информацию о положении клеток в замороженной или твёрдой ткани.
Однако такие методы требуют знания того, какие гены (или биомаркеры) нужно исследовать, что, в свою очередь, требует относительно больших и дорогих инструментов. Кроме того, обычно возможно изучить лишь сотни генов из тысяч активных.
«Чтобы решить это, пару лет назад мы разработали так называемую "пространственную транскриптомику", которая даёт пространственное изображение всех генов, всего транскриптома, в ткани», — говорит профессор генной инженерии KTH Йоаким Лундеберг. Это, в свою очередь, позволило разработать искусственный интеллект для анализа состава образца.
«Ограничением до сих пор было то, что исследователи могли изучать только группу клеток, а не отдельную клетку», — отмечает Лундеберг.
Новое исследование решает эту задачу, говорит соавтор работы Санья Виккович, стипендиат Валленберга в Институте Броуда и выпускница KTH.
«В новом исследовании мы показываем, что можем изучать части клетки, то есть мы увеличили разрешение в 1400 раз, что позволяет точнее описывать отдельные клетки в ткани, — говорит Виккович. — Мы демонстрируем это на образцах ткани мозга и рака молочной железы».
Исследователи называют новый метод «транскриптомикой высокого разрешения» (HDST). Он открывает новые возможности для лучшего понимания клетки в её естественной среде, что очень важно для изучения раковых опухолей.
Пример — рак, где мутация гена в одной клетке запускает развитие опухоли. Современная диагностика основана на наблюдении ткани под микроскопом и поиске опухолевых клеток. Чем меньше клеток, тем труднее их найти. «Это процесс, который требует времени и субъективен. Можно просто пропустить эту важную опухолевую клетку», — говорит Виккович.
С методом HDST компьютеры ищут в данных активность генов клеток, поскольку каждая клетка имеет свою собственную сигнатуру генной активности без какого-либо субъективного толкования, поясняет Лундеберг.
«Раньше мы искали сигнатуру гена опухолевой клетки в группе из примерно 20 клеток. Теперь мы усовершенствовали технологию так, чтобы находить одну опухолевую клетку, даже её части», — говорит он.
HDST может стать ключевым в лечении пациентов, поскольку позволяет лабораториям обнаруживать ранние изменения в отдельной клетке, где зарождаются многие болезни. «На поздних стадиях заболевания ранние изменения, которые и вызывают болезнь, скрыты всем остальным, что происходит», — отмечает он.
Исследовательская группа подчеркнула это в исследовании БАС, опубликованном прошлой весной. «Мы смогли показать очень ранние пространственные и молекулярные изменения до того, как проявилась болезнь».