У ученых появился «третий глаз» для наблюдения за стволовыми клетками — Naked Science
12 минут
ФизТех

У ученых появился «третий глаз» для наблюдения за стволовыми клетками

4.1

Разработан новый способ повышения точности и скорости анализа деления стволовых клеток.

У ученых появился «третий глаз» для наблюдения за стволовыми клетками / ©Пресс-служба МФТИ

Ученые из МФТИ, Университета Стоуни-Брука (США), Лаборатории Колд Спринг Харбор (США) и Института биологии развития им. Кольцова РАН (часть работы проводилась на базе Курчатовского института) научились помечать делящиеся стволовые клетки тремя разными метками — до этого можно было одновременно использовать максимум две метки. Новый способ повысит точность и скорость анализа деления стволовых клеток. В статье, опубликованной в Stem Cell Reports, исследователи продемонстрировали, что с помощью тройной метки можно изучать размножение стволовых клеток в разных тканях.

«Реинкарнация» клеток

Во многих тканях и органах обнаружены стволовые клетки, которые обеспечивают восстановление тканей. Даже во взрослом мозге, вопреки расхожему заявлению, что нервные клетки не восстанавливаются, есть области, где происходит так называемый нейрогенез — развитие новых нейронов. Считается, что нейрогенез играет важную роль в обучении и памяти, реакции на стресс и регенерации поврежденной нервной ткани. Обычно регенерация тканей происходит следующим образом: стволовые клетки делятся, часть из них продолжает делиться, возобновляя запас стволовых клеток, а часть — дает начало новым взрослым клеткам. В разных тканях этот процесс протекает по-разному, задача ученых — выяснить, как именно он протекает и как на это могут повлиять разные факторы. Чтобы узнать, сколько делений проходят стволовые клетки в той или иной ткани, какова длина клеточного цикла, куда перемещаются новорожденные клетки и во что они превращаются, нужен способ за ними наблюдать.

Цикл клетки. Во время фазы G1 происходит подготовка к делению, содержимое клетки, кроме ДНК, удваивается. Во время фазы S с ДНК «снимается копия» — молекулярная машинерия строит дочернюю ДНК по образу и подобию ДНК клетки. G2 — конечный этап подготовки к делению, то есть к митозу (М). Во время фазы G1 клетка может сойти с цикла и перейти в фазу покоя G0, то есть перестать делиться.
Цикл клетки. Во время фазы G1 происходит подготовка к делению, содержимое клетки, кроме ДНК, удваивается. Во время фазы S с ДНК «снимается копия» — молекулярная машинерия строит дочернюю ДНК по образу и подобию ДНК клетки. G2 — конечный этап подготовки к делению, то есть к митозу (М). Во время фазы G1 клетка может сойти с цикла и перейти в фазу покоя G0, то есть перестать делиться.

Нечерная метка

Когда в делящейся клетке происходит удвоение ДНК, можно обмануть систему и подсунуть ей меченый «кирпичик» для дочерней ДНК. Для этого в организм вводят аналог тимидина, одного из четырех составляющих, из которых состоит ДНК, и этот аналог встраивается в дочернюю ДНК вместо тимидина. Остальные «кирпичики» участвуют во многих других реакциях в клетке, поэтому для того, чтобы пометить только новосинтезированую ДНК, используют аналоги именно тимидина. В момент введения аналога тимидина помечаются только те клетки, которые находятся в S-фазе клеточного цикла, потому что именно во время этой фазы происходит удвоение ДНК. Причем когда помеченная клетка поделится и даст потомство, оно тоже будет помечено. Далее ученые могут взять ткань на анализ и обнаружить метки с помощью флуоресцентных антител.

Антитела — это белки, которые вырабатываются клетками иммунной системы, распознают чуждые организму молекулы и садятся на них. Антитела избирательно связываются со своими мишенями, и это свойство широко используется в биологии и медицине. Так, с помощью флуоресцентных производных антител можно распознавать определенные компоненты внутри организмов.

Таким образом, можно проследить за судьбой клеток, которые во время вкалывания метки были в S-фазе. В принципе, это можно сделать с помощью одной метки на нескольких группах мышей. Например, первую группу взять на анализ через 2 часа после ввода метки, вторую — через 24, третью — через 48 часов, а затем увидеть, где оказались меченые клетки и понять, как они перемещались. Однако в таком случае нужно слишком много мышей, да и точность страдает: мы следим за клетками не в одном организме. Если есть несколько разных меток, то можно ввести их в разные промежутки времени в одно животное. До настоящего момента ученым было доступно максимум двойное мечение. Но чтобы определить самые важные параметры с помощью двойной метки, все равно требуется много времени и несколько групп животных.

У ученых появился «третий глаз» для наблюдения за стволовыми клетками
Фото кишечника: голубым окрашена первая метка; зеленым — метка, введенная через 24 часа после первой; красным — через 24 часа после второй; белые клетки — это клетки в любой фазе цикла, кроме G0 (т. е. клетки, участвующие в делении)

Сила трех

Метки, в качестве которых используются аналоги тимидина, распознаются с помощью антител. Но антитела неидеальны и могут связываться не только со «своей» мишенью, но и с похожей. Если одни и те же антитела садятся и на одну, и на другую метку, то их невозможно будет различить. Из-за того, что аналоги тимидина похожи и в большинстве случаев антитела их путают, до недавнего времени можно было использовать только две метки. Не так давно появился новый аналог тимидина, который можно выявлять не антителами, а с помощью так называемой клик-химии, когда присоединение флуоресцентного красителя происходит путем химической реакции. Проблема этого красителя была в том, что при тройном маркировании он оставлял «непрокрашенные» области, на которые садились антитела против двух других меток, в результате чего метки нельзя было различить. Однако ученые нашли способ закупорить эти области — с помощью родственного к красителю, но бесцветного вещества.

Ученые испробовали метод тройного мечения на стволовых клетках мозга, кишечника и семенников. Наиболее наглядный результат получился на кишечнике: метки, введенные в разное время, распределились в соответствии с известными данными о перемещении клеток в кишечнике. Кроме того, с помощью тройной метки получилось с высокой точностью определить новые важные параметры нейрогенеза. Таким образом, авторы статьи разработали инструмент для исследования стволовых клеток в любой ткани, который превосходит предыдущий по точности, ускоряет и облегчает получение результата.

Олег Подгорный, старший научный сотрудник лаборатории стволовых клеток мозга МФТИ и один из авторов статьи:

«Мы сейчас широко используем тройную метку в анализе нейрогенеза мышей при различных воздействиях: радиационном воздействии, диете, применении различных лекарств, в том числе и противоопухолевой терапии. Кроме того, мы применяем эту технологию для того, чтобы проверить, как влияют на нейрогенез те вещества, которые используются для лечения болезни Альцгеймера и других заболеваний нервной системы. При болезни Альцгеймера у человека снижаются когнитивные способности и память, и на сегодняшний день накопилось достаточно много данных, свидетельствующих о том, что нейрогенез очень важен для осуществления этих функций мозга».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
ФизТех
208 статей
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.

Комментарии

Написать комментарий
Вчера, 19:16
5 минут
Илья Ведмеденко

Российские разработчики представили проект авианосца «Варан». Предполагается, что на его борту смогут разместиться два десятка пилотируемых самолетов, а также вертолеты и беспилотники.

8 часов назад
4 минуты
Мария Кривоченко

Ученые провели несколько опытов, чтобы проверить, можно ли повредить яичный желток — он был аналогом человеческого мозга, — не разбивая скорлупу. Так они выяснили, какой тип воздействия на череп опаснее всего для человека.

Позавчера, 20:50
5 минут
Василий Парфенов

В московском аэропорту Жуковский произошло ЧП: за пределы взлетно-посадочной полосы выкатился новейший отечественный авиалайнер МС-21-300. Он проходил испытания, во время которых имитировали прерванный полет из-за отказа одного двигателя.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Россия подняла в небо группу из шести военно-транспортных самолетов Ан-124-100. Такие тренировки позволяют отработать переброску на большие расстояния личного состава воинских подразделений.

Позавчера, 20:50
5 минут
Василий Парфенов

В московском аэропорту Жуковский произошло ЧП: за пределы взлетно-посадочной полосы выкатился новейший отечественный авиалайнер МС-21-300. Он проходил испытания, во время которых имитировали прерванный полет из-за отказа одного двигателя.

16 января
9 минут
Василий Парфенов

Специалисты по информационной безопасности нашли пренеприятнейшую особенность ОС Windows 10. Ее штатный драйвер файловой системы NTFS при определенных условиях реагирует крайне деструктивным образом — критически повреждает главную файловую таблицу MFT. Вызвать такое его поведение можно огромным количеством способов: от создания подготовленной веб-страницы до отправки картинок, файлов и документов жертве.

4 января
2 минуты
Илья Ведмеденко

В России приступили к летным испытаниям нового Ту-214. По имеющимся данным, речь идет о третьем и заключительном экземпляре Ту-214ПУ, изготовленном по контракту от 2017 года.

6 января
42 минуты
Александр Березин

Попытки нашей страны создать замену сверхмассовому биплану советской эпохи терпят неудачи вот уже тридцать лет. Причина проста: кризис легкомоторной авиации в целом. Когда-то самая передовая часть авиастроения сегодня застряла на решениях большой древности — и без резкого изменения всей концепции "летающего такси" так и не увидит заметных результатов.

4 января
7 минут
Василий Парфенов

Наступление Мирового океана на сушу, как правило, связывают с глобальным потеплением. Однако испанские геологи описали еще одну проблему, которая только усугубляет ситуацию. Они подсчитали, что из-за проседания почв территория, на которой проживает 19% населения Земли, окажется ниже уровня моря уже к 2040 году.

[miniorange_social_login]
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: