Mikroskopia żywych komórek przy ustalonych poziomach tlenu
Podczas oddychania wdychamy tlen atmosferyczny, który następnie jest transportowany przez krew do organizmu, aby ułatwić produkcję energii. Prawidłowy poziom tlenu w tkankach waha się w przedziale od 4 do 9 %, czyli jest znacznie niższy od poziomu atmosferycznego (21 %). Poziomy tlenu powyżej (hiperoksja) lub poniżej (hipoksja) normy mogą być szkodliwe dla komórek i tkanek. Ich przykładem jest niedokrwienie, które może prowadzić do zawału serca, lub zakwaszenie mięśni podczas wysiłku. Ze względu na słabe unaczynienie duże nowotwory lite są również typowo hipoksyjne, co ma istotny negatywny wpływ na wyniki leczenia.
Nowa komora mikroskopowa do regulacji poziomu tlenu
W procesach opracowywania nowych leków, które są kluczowe dla rosnących potrzeb medycznych naszego społeczeństwa, rutynowo stosuje się testy komórkowe. Większość z nich prowadzona jest metodami mikroskopii żywych komórek z użyciem silnych fluorescencyjnych barwników reporterowych, które są w stanie wizualizować pojedyncze sygnały w żywych komórkach – w czasie rzeczywistym i z wysoką rozdzielczością. Badania takie prowadzone są jednak w warunkach tlenowych otoczenia, które uważane są za hiperoksyczne dla komórek. Zespół podjętego przy wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (MSCA) projektu MICROX zaproponował opracowanie hermetycznej komory mikroskopowej, która pozwoliłaby badaczom na pracę przy dowolnie ustalonych poziomach tlenu. „Naszym celem było odtworzenie warunków in vivo komórek i tkanek oraz uczynienie testów komórkowych bardziej adekwatnymi i dokładnymi”, wyjaśnia koordynator projektu Kees Jalink(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Okazało się, że osiągnięcie w mikroskopie prawdziwie hipoksyjnych warunków, przy jednoczesnym zapewnieniu dobrego dostępu do komórek, aby móc dodawać hormony i leki w celu zbadania mechanizmów sygnalizacyjnych, jest trudne. Proponowaną komorę mikroskopową udało się pomyślnie opracować i zastosować do rutynowych eksperymentów o różnych poziomach tlenu. Korzystając z tego układu, w ciągu kilku minut można zmienić warunki gazowe (tlen, azot, dwutlenek węgla), osiągając absolutną hipoksję przy wiarygodnym poziomie tlenu poniżej 0,5 %. Układ opracowany w ramach projektu MICROX wyraźnie przewyższa dostępne na rynku rozwiązania.
Sygnalizacja komórkowa przy różnych poziomach tlenu
Naukowcy potwierdzili również funkcjonalność dostępnych czujników fluorescencyjnych w warunkach hipoksji i zbadali wpływ różnych poziomów tlenu na kluczowe zdarzenia sygnalizacji komórkowej. Praca skupiła się na cyklicznym adenozyno-3′,5′-monofosforanie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ang. cyclic adenosine monophosphate, cAMP), nukleotydzie, który działa jak kluczowy informator drugiego rzędu pośredniczący w licznych ścieżkach transdukcji sygnału, przekształcając sygnały pozakomórkowe odbierane przez receptory na powierzchni komórek na sygnały wewnątrzkomórkowe. cAMP ma krótki cykl życia i reguluje różne funkcje komórkowe, w tym wzrost i różnicowanie komórek, transkrypcję genów i ekspresję białek. Jak wyjaśnia stypendystka MSCA Olga Kukk: „Chociaż długotrwała hipoksja aktywuje czynnik indukowany hipoksją 1 i moduluje transkrypcję genów, nasza hipoteza zakładała, że natychmiastowy wpływ hipoksji na sygnalizację komórkową (od paru sekund do kilku godzin) będzie niezależny od transkrypcji”. Co intrygujące, badacze nie byli w stanie zweryfikować tej hipotezy w różnych badanych przez siebie systemach szybkiej sygnalizacji, obserwując brak widocznych zmian sygnałów.
Potencjał mikroskopii MICROX w opracowywaniu nowych leków
Zestaw mikroskopowy MICROX oferuje możliwość pełnego dostosowania do warunków atmosferycznych, co jest ważnym krokiem w tworzeniu fizjologicznych testów komórkowych do badania związków biologicznie aktywnych. Ponadto oczekuje się, że przyczyni się do badania dynamicznych zdarzeń w żywych komórkach, które wymagają doskonałej rozdzielczości czasowej i przestrzennej.
