Ученые разработали способ выявлять стареющие клетки без их разрушения

Исследователи разработали метод неразрушающего выявления сенесцентных клеток — клеток, которые прекратили делиться, но сохраняются в тканях и меняют свою биохимию. Технология RamanOmics объединяет рамановскую микроскопию с анализом активности генов и позволяет находить характерные молекулярные «штрихкоды» клеточного старения. Пока метод проверен на тканях легких и кожи мышей, поэтому его диагностические возможности у человека еще предстоит установить.

Почему сенесцентные клетки интересуют ученых

Работу провели исследователи из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), Массачусетской больницы общего профиля (Massachusetts General Hospital) и Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School). Результаты опубликованы в журнале Nature Aging.

Клеточная сенесценция — состояние, при котором клетка необратимо прекращает деление, но не погибает. Такие клетки изменяют обмен веществ, активность генов и взаимодействие с окружающими тканями.

Сенесценция сама по себе не является исключительно патологическим процессом. Она участвует, например, в развитии организма и восстановлении тканей. Однако с возрастом сенесцентные клетки могут накапливаться, поскольку иммунная система хуже справляется с их удалением. Такое накопление связывают с хроническим воспалением, дегенеративными изменениями тканей и некоторыми заболеваниями, включая остеоартрит и сахарный диабет 2-го типа.

Изучение этих клеток осложняется отсутствием единственного универсального маркера сенесценции. Среди используемых признаков — белки p16 и p21, участвующие в остановке клеточного цикла, однако традиционные способы их определения обычно требуют обработки образца и не позволяют сохранить исследуемые клетки неповрежденными.

Рамановская микроскопия показывает химический состав клетки

Чтобы решить эту проблему, ученые использовали рамановскую микроскопию — оптический метод, позволяющий получать информацию о химическом составе образца по взаимодействию света с молекулами.

При таком анализе измеряется рамановский спектр, в котором отдельные пики соответствуют определенным химическим связям и могут отражать присутствие липидов, белков, нуклеиновых кислот и других компонентов.

Важное преимущество метода заключается в том, что для получения такой информации не требуется разрушать клетку или вводить специальные молекулярные метки.

Исследователи объединили рамановскую микроскопию с секвенированием рибонуклеиновой кислоты (РНК) отдельных ядер и пространственной транскриптомикой. Последняя позволяет определить, какие гены активны в конкретных участках ткани и отдельных клетках.

Так появился мультимодальный подход RamanOmics, сопоставляющий биохимические особенности клетки с ее профилем экспрессии генов.

Эксперименты провели на молодых и старых мышах

Ученые исследовали легкие и кожу молодых двухмесячных и старых 26-месячных мышей. Для каждой возрастной группы и каждого типа ткани использовали по три биологических образца.

Срезы из одних и тех же блоков ткани анализировали несколькими способами. Исследователи сопоставляли данные рамановской микроскопии с результатами пространственного анализа экспрессии генов и секвенирования РНК отдельных ядер.

Такой подход позволил одновременно оценивать положение клетки в ткани, активность ее генов и биохимические особенности.

Одним из наиболее устойчивых признаков оказалось изменение обмена липидов. В старых тканях легких и кожи ученые обнаружили усиление связанных с липидами рамановских сигналов.

Особенно важной оказалась область спектра около 1131–1135 см⁻¹. Связанный с липидами сигнал в этом диапазоне характеризовал сенесцентные клетки, положительные по маркеру p21, сразу в нескольких исследованных тканях.

Изменения зависели от типа ткани

При этом сенесценция не выглядела одинаково во всех органах. Наряду с общими биохимическими признаками исследователи обнаружили тканеспецифические изменения.

В легких сенесцентные клетки демонстрировали изменения программ, связанных с перестройкой внеклеточного матрикса — окружающей клетки сети белков и других молекул — и сигнальным путем трансформирующего фактора роста бета (TGF-β).

В коже заметную роль играли изменения активности генов, связанных с дифференцировкой эпидермиса. Это указывает на то, что клеточное старение имеет как общие молекулярные особенности, так и признаки, зависящие от конкретной ткани.

Авторы также исследовали восстановление тканей после повреждения и обнаружили связанные с сенесценцией молекулярные и биохимические изменения при заживлении ран.

Ученые создали «штрихкод» сенесцентной клетки

Следующим этапом стало объединение наиболее информативных спектральных признаков с данными об активности генов.

С помощью машинного обучения исследователи сформировали мультимодальный «штрихкод» — комбинацию характеристик, позволяющую отличать сенесцентные клетки от клеток без признаков сенесценции.

По словам одного из ведущих авторов работы Сальваторе Соррентино (Salvatore Sorrentino), такой подход позволяет сосредоточиться на сравнительно небольшом наборе наиболее информативных участков рамановского спектра.

В перспективе это может ускорить анализ: вместо получения и обработки всего спектра система сможет искать прежде всего сигналы, наиболее тесно связанные с сенесценцией.

Сейчас скорость остается существенным техническим ограничением. По данным исследователей, анализ образца ткани площадью около одного квадратного миллиметра занимает примерно 30 часов. Команда работает над более быстрым вариантом системы.

В будущем технологию хотят проверить на тканях человека

Чон Ун Кан (Jeon Woong Kang), научный сотрудник Массачусетского технологического института(Massachusetts Institute of Technology) и один из старших авторов исследования, предполагает, что в дальнейшем подобный принцип можно будет адаптировать к эндоскопическим системам для обнаружения признаков клеточной сенесценции непосредственно в организме.

Однако до такого применения еще далеко. Нынешняя работа выполнена преимущественно на тканях мышей, а возможность надежного обнаружения сенесцентных клеток этим способом у человека пока не продемонстрирована.

Кроме того, авторы отмечают, что выявленные молекулярные и биохимические изменения связаны с сенесцентным состоянием, но исследование не доказывает, что именно эти изменения являются его причиной. Для выяснения причинно-следственных механизмов потребуются дополнительные эксперименты.

Исследователи планируют расширить работу на ткани человека и проверить применимость метода при фиброзе, регенерации и онкологических заболеваниях. Если характерные рамановские сигналы удастся подтвердить у людей, неразрушающая визуализация потенциально сможет использоваться для наблюдения за клеточным старением и оценки экспериментальных методов воздействия на сенесцентные клетки.

При этом сама сенесценция остается сложным биологическим процессом, а попытки уничтожать такие клетки могут иметь разные последствия для различных тканей. Например, ранее сообщалось, что экспериментальная комбинация сенолитических препаратов повреждала миелин у мышей, что подчеркивает необходимость осторожного изучения подобных вмешательств.

Литература

Zhang K., Chen X., Monticolo F., et al. RamanOmics decodes the spatial vibrational–molecular architecture of senescence in aging and repair // Nature Aging. — 2026. — Published 21 September 2026. — DOI: 10.1038/s43587-026-01219-7.