Nanourządzenie zwiększy liczbę widocznych biomarkerów w celu mapowania chorób
Techniki obrazowania na potrzeby mapowania chorób w ludzkich komórkach lub tkance często zależą od określonych biomarkerów. Jednakże liczba biomarkerów, które można zobaczyć jednocześnie, jest obecnie ograniczona z uwagi na ograniczony zakres kolorów barwników fluorescencyjnych. Naukowcy pracujący w ramach sfinansowanego przez UE interdyscyplinarnego projektu Immuno-NanoDecoder opracowali molekularne nanourządzenie, które jest w stanie podświetlić wiele biomarkerów w bardzo szybkiej sekwencji. Urządzenie to może usprawnić diagnostykę i rozpoznawanie chorób. „Potrzebujemy narzędzia, dzięki któremu zobaczymy więcej białek bez radykalnej zmiany narzędzi do fluorescencyjnego obrazowania”, wyjaśnia koordynator projektu, dr Matteo Castronovo, wykładowca biochemii na School of Food Science and Nutrition przy Uniwersytecie w Leeds w Anglii. „Zazwyczaj dostępnych jest od czterech do sześciu kolorów, które mogą być widoczne jednocześnie. Nie jest to zbyt wiele. W wielu przypadkach obserwowanie mniej niż czterech jednostek lub indywidualnych biomarkerów nie wystarczy do właściwego zrozumienia procesów biologicznych [leżących u ich podstaw]”. W przypadku obrazowania immunofluorescencyjnego biomarkery białek barwi się z wykorzystaniem przeciwciał – naturalnych cząsteczek o wysokim powinowactwie do określonego białka. Zespół opracował poszczególne nanourządzenia zwane „nanokoderami”. Są one powiązane z przeciwciałami i rozpoznają określone partnerskie nanourządzenie zwane „nanodekoderem”, które zawiera określony barwnik. Powiązanie umożliwia nanodekoderowi wykrywanie obecności określonego biomarkera oraz jego rozprowadzanie w komórkach i tkankach poprzez ich podświetlanie. „Następnie, po zrobieniu zdjęcia z wykorzystaniem optycznej mikroskopii fluorescencyjnej, możemy oddzielić dekoder od kodera i wprowadzić kolejny dekoder do roztworu; dekoder taki zabarwi kolejny koder w ramach cyklicznego obrazowania. Kolor jest ten sam, ale wiadomo, że teraz oznacza on co innego”, objaśnia dr Castronovo. Dzięki temu możliwe jest znaczące rozszerzenie wykorzystania ograniczonego zakresu kolorów. Odwracalny system „Mimo że technologia ta jest prototypem, jest ona niezawodna i odwracalna – przeciwciała można włączać i wyłączać”, wyjaśnia doktor. W przypadku innych istniejących metod barwienia wielu biomarkerów z wykorzystaniem zmodyfikowanych przeciwciał dane przeciwciała są chemicznie niszczone w trakcie tego procesu. „Tak więc podczas każdego cyklu obrazowania stają się ciemne, trzeba je ponownie zabarwić. Naszą ogromną przewagą jest to, że podświetlenie można włączać i wyłączać, tak więc nadal możemy wrócić do pierwszego białka”, stwierdza dr Castronovo. W ostatnich latach opracowano wiele innowacyjnych technologii obrazowania, jednak wymagają one nowych lub zaktualizowanych przyrządów, co może być dużym obciążeniem dla budżetu placówki opieki zdrowotnej czy laboratorium. Jednak ta konkretna technologia wykorzystuje istniejące mikroskopy optyczne. „To tylko sztuczka molekularna, działanie w inny sposób", mówi dr Castronovo. Podejście interdyscyplinarne Dużym wyzwaniem dla projektu (który otrzymał wsparcie również od programu „Maria Skłodowska-Curie”) było jego interdyscyplinarne podejście. „Przeszkoliliśmy biologów do pracy w dziedzinie nanonauki, a nanonaukowców – do pracy w dziedzinie biologii molekularnej. Przeszkoliliśmy naukowców z dziedziny IT, by mogli pracować w laboratorium, i wyjaśniliśmy badaczom przeprowadzającym eksperymenty, w jaki sposób naukowcy z dziedziny IT mogą wpłynąć na ich pracę”, stwierdza dr Castronovo. „Odkryliśmy potencjał tej technologii, analizując podstawową biochemię tych obiektów molekularnych. Opracowaliśmy tę technologię – włączanie i wyłączanie fluorescencji, jak również minimalną możliwą strukturę – nie da się jej zmniejszyć. Teraz musimy zoptymalizować warunki obrazowania i przetestować tę technologię dla różnych próbek biologicznych”, podsumowuje dr Castronovo.
Słowa kluczowe
Immuno-NanoDecoder, nanourządzenie, obrazowanie, biomarkery, immunofluorescencja, fluorescencja, komórki, tkanka, przeciwciała, białko
