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 положени