Разработан метод наблюдения за химическими реакциями в отдельно взятой клетке

В Калифорнийском Университете (г. Беркли, США) группой исследователей под руководством профессора Л. Ли (Luke Lee) был разработан метод, позволяющий при помощи абсорбционной спектроскопии в реальном времени наблюдать за химическими реакциями в отдельно взятой живой клетке, не разрушая ее.

Данная техника, описанная в ноябре 2007 года я журнале Nature Methods, открывает новую эру биомедицинской диагностики и фармакотерапии, позволяя, например, исследовать воздействие на клетки новых терапевтических препаратов. Также нельзя переоценить ее значение для фундаментальной науки. Можно увидеть, как клетка рождается, как развивается, как происходит дифференциация стволовых клеток при их созревании, как возникают самые различные патологии в клетке, как она погибает.
Используемые сегодня технологии, по мнению калифорнийских исследователей, позволяют получать данные только о группе клеток или же используют инвазивные методы, разрушающие клетку.

"До сегодняшнего дня", говорит профессор Ли, "не существовало неинвазивных методов, позволяющих получить информацию о поведении отдельно взятых химических молекул в отдельной клетке. В настоящее время исследователи возлагают большие надежды на стволовые клетки, но основной проблемой в их биологии остается вопрос их дифференцировки в клетки различных тканей организма. Что происходит, когда стволовая клетка дифференцируется в клетку сердечной мышцы, и чем отличается этот процесс от её дифференцировки в клетки волосяных фолликулов? Чтобы ответить на этот вопрос, нам необходимо выяснить, какие белки функционируют в данной клетке."

При использовании метода традиционной абсорбционной спектроскопии сквозь изучаемый объект пропускается свет и затем изучается спектр поглощения исследуемого образца (на какие длины волн приходятся максимумы поглощения). Так можно наблюдать, например, за поведением белка цитохрома С, играющего важную роль в метаболизме. Спектр цитохрома С имеет несколько пиков поглощения на длинах волны около 550 нанометров. При взаимодействии с другими молекулами (например, с кислородом) он изменяется. Недостаток метода в том, что он требует очень высокой концентрации изучаемых биомолекул: иначе сигнал слишком слаб. Таким образом, для изучения спектров поглощения белков с помощью немодифицированного метода, требуется, как указывают ученые, "убить тысячи и миллионы клеток для получения необходимого количества материала для анализа".

Для усиления сигнала, получаемого при анализе, выбранный в качестве экспериментального объекта цитохром С был соединен с частицами золота размером 20-30 нанометров. Некоторые металлы, в частности, золото и серебро, демонстрируют явление, называемое плазмонным (не путать с "плазменным") резонансом: электроны на их поверхности при световом воздействии начинают осциллировать (колебаться) на определенных частотах. Сигналы от этих колебаний уловить гораздо легче, чем слабые сигналы от цитохрома С. Частоты колебаний электронов на поверхности золотых наночастиц соответствуют длинам волн 530-580 нанометров, совпадая с областью пиков поглощения в спектре цитохрома С.

Когда пик поглощения спектра белка перекрывается с плазмонным резонансом металла, это легко можно отследить по специфическому изменению сигнала. Для того, чтобы сигнал был достаточно отчетлив, достаточно сотен или даже десятков молекул. Исследователи повторили эксперимент с гемоглобином и серебряными наночастицами – по их словам, также успешно.

По материалам University of California News Center