Ученые нашли способ обнаружить отдельные клетки с помощью звука

Насколько сложно посчитать число клеток в организме? Это далеко нетривиальная и сложная задача, которая, однако, влечет за собой и более сложные применения новой технологии.

Ученые нашли способ обнаружить отдельные клетки с помощью звука

Если вы исследователь, который хочет увидеть, как ведут себя всего несколько клеток в организме, это непростая задача. Человеческое тело содержит приблизительно 37 триллионов клеток. У плодовой мухи, порхающей вокруг перезрелых бананов на прилавке, может быть 50 000 клеток. Даже Caenorhabditis elegans, крошечный червь, обычно используемый в биологических исследованиях, может иметь до 3000 клеток. Итак, как вы отслеживаете пару микроскопических пятнышек среди всего этого? Ученые, работающие в лаборатории Калифорнийского технологического института, нашли способ.

В новом методе используются так называемые акустические репортерные гены, разработчиком которых был один из руководителей команды. Чтобы понять акустические репортерные гены, сначала знайте, что репортерные гены — это специализированный фрагмент ДНК, который исследователи могут вставить в геном организма, чтобы помочь им понять, что он делает. Исторически репортерные гены кодировали флуоресцентные белки. Например, если исследователь вставляет один из этих репортерных генов рядом с геном, который он хочет изучить, — скажем, геном, отвечающим за развитие нейронов, — активация этих генов нейронов также будет производить молекулы флуоресцентного белка. Когда на эти ячейки попадает правильный свет, они загораются, как маркер, который может пометить определенный отрывок в книге.

Однако у этих флуоресцентных репортерных генов есть большой недостаток: свет не проникает очень далеко через живые ткани. Итак, ученые разработали репортерные гены, которые используют звук вместо света. Эти гены, вставленные в геном клетки, вызывают образование микроскопических полых белковых структур, известных как газовые везикулы. Эти пузырьки обычно обнаруживаются у некоторых видов бактерий, которые используют их, чтобы оставаться на плаву в воде, но они также обладают полезным свойством «звенеть» при ударе ультразвуковыми волнами.

Идея состоит в том, что когда клетка, производящая эти везикулы, визуализируется с помощью ультразвука, она посылает акустический сигнал, сообщающий о своем присутствии, позволяя исследователям видеть, где она находится и что делает. Этот метод использовался для демонстрации активности ферментов в клетках в предыдущей работе лаборатории.

В своей последней статье исследовательская группа описывает, как она настолько увеличила чувствительность этой техники, что теперь она может отображать одну клетку, расположенную в тканях тела, которая несет акустический репортерный ген.

Ученые нашли способ обнаружить отдельные клетки с помощью звука

Источник: Shapiro Lab.

Одиночные клетки, проходящие через печень мыши, выделяются новой техникой визуализации, разработанной в лаборатории.

Их усовершенствования представляют собой увеличение более чем в 1000 раз чувствительности по сравнению с предыдущей техникой, которую они использовали для визуализации клеток, несущих акустические репортерные гены. Разница заключается в том, какой ультразвук они используют, и в том, как на него реагируют газовые пузырьки.

В то время как предыдущая методика визуализации полагалась на везикулы, звенящие, как колокольчик, в который ударили, в новом методе используется более сильный ультразвук, который "выскакивает" везикулы, как воздушный шар.

Это пятно настолько четкое, что исследователи могут легко его обнаружить даже на фоне всего фонового шума, создаваемого ультразвуком, проникающим через ткани. Ученые  говорят, что недавняя работа над созданными штаммами инъекционных бактерий, которые атакуют раковые клетки, или бактерии, "возвращающие опухоль", создает потребность в лучших способах отслеживания этих клеток, чтобы увидеть, в какую часть тела они попадают. Исследователи показали, что когда бактерии были сконструированы так, чтобы нести ген газовых везикул, можно было отслеживать отдельные бактериальные клетки, когда они проникали в печень и перемещались по ней после попадания в кровоток.

Такой уровень чувствительности необходим, если исследователи хотят использовать ультразвук для изучения состава кишечного микробиома, который в случае нарушения может влиять на такие состояния, как болезнь Альцгеймера и аутизм.

Вредят ли везикулы внутри клеток? Нет, не совсем. Ученые говорят, что бывают случаи, когда отдельные бактериальные клетки, которые очень малы и имеют очень большое количество этих газовых пузырьков, повреждаются, но это не имеет большого значения для бактериальной популяции, если некоторые из них становятся менее жизнеспособными. А в клетках млекопитающих исследователи не увидели отрицательного эффекта.

Читайте также

Ростех представил робота DOKA RC5 для 3D-биопечати кожи

Ростех представил робота DOKA RC5 для 3D-биопечати кожи

ИИ впервые успешно прошел видео-тест Тьюринга в формате живого диалога

ИИ впервые успешно прошел видео-тест Тьюринга в формате живого диалога

Камера «Аквабласт» очищает детали без повреждения металла и резины

Камера «Аквабласт» очищает детали без повреждения металла и резины

Новый метод извлекает до 98% платины из старых автомобильных катализаторов

Новый метод извлекает до 98% платины из старых автомобильных катализаторов

ASUS закрыла опасные уязвимости роутеров — одна из них получила 9,4 балла из 10

ASUS закрыла опасные уязвимости роутеров — одна из них получила 9,4 балла из 10

Чип Neuralink установил рекорд управления компьютером силой мысли — 11,32 бит/с

Чип Neuralink установил рекорд управления компьютером силой мысли — 11,32 бит/с

Китай строит термоядерный реактор BEST — он должен начать вырабатывать электричество к 2030 году

Китай строит термоядерный реактор BEST — он должен начать вырабатывать электричество к 2030 году

Гуманоидный робот Nucleus отработал почти два часа на заводе — но 40% времени им управлял человек

Гуманоидный робот Nucleus отработал почти два часа на заводе — но 40% времени им управлял человек

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Как работает E Ink: почему электронные чернила похожи на бумагу и почти не расходуют заряд?

Как работает E Ink: почему электронные чернила похожи на бумагу и почти не расходуют заряд?

GPT-6 Astra прошла стартовую зону World of Warcraft без единого кадра игры

GPT-6 Astra прошла стартовую зону World of Warcraft без единого кадра игры

Blue Origin показала 20-метровую солнечную башню для будущей базы на Луне

Blue Origin показала 20-метровую солнечную башню для будущей базы на Луне