Светящиеся клетки теперь можно будет разглядеть даже глубоко внутри организма

Вдохновившись блистательными способностями светлячков и медуз, японские исследователи создали особые светящиеся клетки, которые видны глубоко внутри организма животного. В будущем технология пригодится для медицинской визуализации.Биолюминесцентные насекомые, грибы, морские животные и другие подобные существа, способные испускать свой свет, известны с древности. Но лишь в конце XIX века учёные начали понимать, что за подобные «чудеса» отвечают химические реакции.Сияние того же светлячка определяется реакцией между ферментом под названием люцифераза и соединением люциферином. Выяснив это, учёные использовали механизм себе во благо: преобразовали люциферин таким образом, чтобы в сочетании с природным ферментом он порождал ближний инфракрасный свет. Последний способен проходить сквозь ткани животных.По словам авторов новой работы, биолюминесцентные методы визуализации – настоящий подарок для исследователей, поскольку они помогают специалистам изучать жизнь клеток в их естественной «среде обитания» (в самом организме), не вмешиваясь в природные процессы. Подобные методы позволяют контролировать рост опухоли, визуализировать различные процессы развития, отслеживать межклеточное взаимодействие.Между тем существуют технические ограничения. Например, таким образом не «увидеть» ткани, находящиеся глубоко в организме.Японские специалисты нашли решение проблемы. Изначально (в предыдущих работах) учёные показали, что синтетический люциферин под названием AkaLumine-HCl способен проникать через гематоэнцефалический барьер (естественную защиту мозга от вторжения извне). Его достоинство ещё и в том, что он в паре с люциферазой порождает ближний ИК-свет.Однако природный фермент светлячков не очень хорошо сочетается с таким синтетическим люциферином, поэтому в новой работе специалисты Страны восходящего солнца решили усовершенствовать люциферазу.Учёные создали несколько версий фермента с различными мутациями, чтобы улучшить его работу в паре с AkaLumine-HCl. Затем исследователи внедрили их в бактерии. Микроорганизмы также содержали синтетический люциферин, то есть могли светиться на нужной биологам и медикам длине волны.После этого специалисты выделили ферменты из наиболее ярко светящихся бактерий и повторили весь процесс. Спустя 21 поколение учёные получили новый фермент, оптимизированный для работы с AkaLumine-HCl.После были созданы клетки, производящие наиболее эффективную с точки зрения свечения, версию фермента.Затем клетки, производящие новый фермент, и синтетический люциферин внедрили в кровоток лабораторных мышей. Оказалось, что создаваемое при взаимодействии веществ свечение проходило сквозь ткани грызунов, и его можно было уловить вне организма при помощи инфракрасной камеры.Даже одна клетка, находящаяся в лёгком животного, создавала достаточное свечение, которое можно было обнаружить камерой.Японские учёные также вставили гены, нужные для производства «яркого» фермента, в нейроны обезьян. В итоге даже через год после процедуры исследователи смогли наблюдать биолюминесцентное свечение определённых областей мозга у существ.Благодаря подобному прорыву учёные смогут с невероятной точностью следить за определёнными клетками в организме животных. Это пригодится, например, для определения того, как мозг реагирует на различные изменения в окружающей среде, или того, как опухолевые ткани, иммунные клетки и стволовые клетки перемещаются по организму.Такая технология визуализации также позволит медикам изучать поведение пересаженных тканей и контролировать рост опухолей – без необходимости проведения инвазивной хирургической операции.[embedded content]Специалист Роберт Кэмпбелл (Robert Campbell) из Альбертского университета назвал работу «существенным скачком вперёд», которая поможет пролить свет на распространение рака по всему организму. Более того, помимо изучения «манёвров» клеток в организме, с помощью нового метода можно будет выяснять, насколько хорошо работает генная терапия.Результаты исследования представлены в научном издании Science.Ранее авторы проекта «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) рассказывали о другом методе объёмной визуализации, который позволит заглянуть внутрь живых клеток. Также мы рассказывали об «очках-рентгене», позволяющих смотреть под кожу пациента..