Прорывная платформа для исследования болезней
Ученые ИЦиГ СО РАН представили универсальную платформу на основе генетически кодируемых биосенсоров. Эта инновация позволяет детально изучать, как развиваются различные патологии, наблюдая за человеческими клетками в режиме реального времени. Разработка открывает перспективы для поиска эффективных методов терапии, включая лекарства от заболеваний, ранее считавшихся неизлечимыми.
Секрет моделирования: индуцированные стволовые клетки
«Основой для моделирования патологий служат индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), — объясняет Елизавета Ивановна Устьянцева, аспирантка ИЦиГ СО РАН. — Это искусственно созданные аналоги эмбриональных клеток. Их ключевое свойство – плюрипотентность, способность становиться клетками любого типа в организме. В лаборатории мы восстанавливаем их исходное "эмбриональное" состояние, когда функция еще не определена. Используются специальные методы активации нужных генов».
Хотя ИПСК активно создаются в мировых лабораториях, до сих пор отсутствовали общепринятые и эффективные стратегии их применения в биомедицине. Основная сложность – измерение выраженности патологических процессов на таких моделях.
Биосенсоры: "лакмусовая бумажка" клетки
Новосибирские ученые предложили решение: использование генетически кодируемых биосенсоров для мониторинга внутриклеточных процессов и активности ферментов онлайн. «Это специфические флуоресцентные молекулы, меняющие свойства под воздействием стимулов, — уточняет Устьянцева. — Активируя их в здоровых и больных клетках, мы обнаруживаем ключевые отличия».
Точность CRISPR/Cas9
Внедрение биосенсоров в геном стало возможным благодаря технологии CRISPR/Cas9. «Раньше сенсоры встраивались случайно, рискуя нарушить геном и исказить результаты, — поясняет исследователь. — Наш подход обеспечивает точность доставки биосенсора в безопасную область генома, сохраняя работу клетки и достоверность данных».
Цель: понимание и лечение БАС
Перед учеными стоит задача определить влияние конкретных молекул на развитие болезней. Сейчас основное внимание уделяется патологическим процессам при боковом амиотрофическом склерозе (БАС).
Эксперименты ведутся на двух исходных клеточных линиях: от пациента с БАС-мутацией и здоровой — контрольной. «На их основе мы создали панель трансгенных линий: пять "больных" и пять "здоровых", — делится Елизавета Устьянцева. — Все они имеют общее происхождение, но отличаются встроенной последовательностью биосенсора». Эта уникальная система позволяет видеть различия и находить мишени для терапии, что приближает нас к прорыву в лечении тяжелых заболеваний.
Преимущества биосенсоров в исследовании нейродегенеративных процессов
Биосенсоры открывают удивительные возможности для отслеживания ключевых процессов при нейродегенерации: окислительного стресса (его интенсивность определяется по уровню перекиси водорода — важного маркера метаболизма активных форм кислорода), апоптоза (измеряемого через активность каспазы 3, центрального фермента программируемой гибели клеток) и стресса эндоплазматического ретикулума (ЭПР), который активируется при накоплении патологических белков. "Мы уверены, что метод ярко выделит различия между здоровыми и пораженными клетками, подтвердив эффективность нашей модели БАС на основе ИПСК", — с энтузиазмом отмечает Елизавета Устьянцева.
Универсальная платформа для борьбы с нейродегенеративными заболеваниями
Поскольку механизмы развития многих нейродегенеративных недугов схожи, платформу можно с успехом применять для поиска терапий против спинальной мышечной атрофии, болезней Паркинсона, Альцгеймера, Гентингтона и других! Исследование основано на стволовых клетках из периферической крови, а сотрудничество с медицинскими центрами упрощает сбор образцов (с обязательного информированного согласия пациентов). Знакомая и комфортная процедура забора крови делает этот процесс доступным и этичным.
Ускоренный скрининг перспективных лекарств
"В будущем система совершит прорыв в тестировании лекарств, — делится планами Елизавета Устьянцева. — Размещая клетки в сотнях лунок и добавляя разные вещества, мы проведем массовый скрининг реакций биосенсоров. Это многократно ускорит отбор препаратов для лечения конкретных заболеваний!"
Широкие перспективы применения биосенсорных технологий
Ученые видят огромный потенциал для расширения концепции: помимо нейродегенеративных, платформа применима к кардиологическим и иным заболеваниям. Биосенсоры активно адаптируются для мониторинга разнообразных клеточных процессов, открывая новые горизонты персонализированной медицины.
Новый эксперимент: моделирование стресса для важных открытий
Сейчас команда готовит испытание по индуцированию активных форм кислорода в клетках. "Мы уже умеем преобразовывать стволовые клетки в моторные нейроны — главную мишень БАС, — поясняет Елизавета Устьянцева. — Активируя биосенсоры в здоровых и больных клетках при искусственно вызванном стрессе, мы сравним их реакцию. Это покажет различия в работе нейронов в норме и при патологии, приближая нас к эффективным решениям".
Иллюстрация: Биосенсоры в клетках в работе / Предоставлена Елизаветой Устьянцевой
Передовая наука открывает новые грани: исследователи Института цитологии и генетики СО РАН освоили инновационный подход, использующий генетически кодируемые биосенторы. Это открывает захватывающие перспективы!
Глубокое понимание жизни на молекулярном уровне
Биосенсоры стали уникальным инструментом, позволяющим наблюдать за жизненно важными процессами внутри живых клеток в реальном времени! Ученые теперь могут с беспрецедентной детализацией исследовать, как работают молекулярные комплексы, отвечающие за функционирование нашего организма, а также выявлять тонкие изменения в работе генов (транскриптоме).
Повышенная чувствительность этого метода дает неоспоримое преимущество: он позволяет достоверно различать самые незначительные вариации в уровнях ключевых молекул-маркеров. Это настоящий прорыв!
Шаг к медицине будущего
Использование этого передового инструментария является серьезным шагом вперед в фундаментальных исследованиях. Ученые получают возможность глубже понять тонкие молекулярные механизмы, лежащие в основе развития возрастных и других патологий.
Разработка и успешная апробация методики системного применения биосенсоров для изучения функциональных сдвигов в клетках – это знаковое достижение. Она дарит огромный оптимизм! Такие исследования прокладывают путь к принципиально новым, более эффективным стратегиям ранней диагностики и, в перспективе, профилактики различных заболеваний, суля реальную надежду на улучшение здоровья людей.
Источник: scientificrussia.ru
