Ученые из EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) изобрели новый способ количественной оценки (в режиме реального времени) метаболизма глюкозы раковых опухолей, сделав их биолюминесцентными. Этот новый световой зонд не радиоактивен и работает на живых организмах, таких как мыши, которые несут опухолевые клетки. Техника требует помеченных опухолевых клеток, двух уколов и камеры. Результаты опубликованы в Nature Methods.
Возьмите мышь с опухолью, помеченной люциферазой. Опухоли, экспрессирующие люциферазу, получают путем взятия образца раковой опухоли у пациента и химической маркировки их люциферазой, классом окислительных ферментов, которые производят биолюминесценцию. Эти меченые клетки выращивают на мышах, чтобы понять основную биологию рака и для разработки эффективных методов лечения рака.
Затем, введите первое соединение в мышь, которое не распадается в её крови. Двадцать четыре часа спустя, введите второе соединение, которое создано для тогоЮ чтобы прореагировать только с первым соединением при очень специфичных условиях.
Реакция между 2 соединениями спроектирована для произведения биолюминесцентного света, который выделяется из тела, как у светлячков, но случается когда люциферазо-экспрессирущая опухоль метаболизирует сахар. Наведите датчик ПЗС-камеры на тело, и вы получите снимок метаболического уровня опухоли. Количество производимого света прямо пропорционально количеству метаболизируемого сахара.
«Мы хотели разработать инструмент, который поможет создать более эффективные методы лечения рака», — объясняет химик EPFL Елена Гоун из Лаборатории биоорганической химии и молекулярной визуализации, которая возглавляла исследование. «Наш новый метод визуализации позволяет нам количественно определить, сколько сахара метаболизируется в режиме реального времени, предоставляя ценную информацию о метаболическом статусе опухоли и типах препаратов, которые могут лишить опухоль ее основного источника энергии.»
Как это работает: от светлячков до рака
Гоун и ее команда нашли вдохновение в том, как светлячки светятся, и объединили его с клик-химией, ветвью химической биологии, в которой биосовместимые молекулы предназначены специально для «щелчка» вместе с специально разработанной реакцией, которая происходит непосредственно в сложной среде живого организма.
Поскольку рак имеет высокую скорость метаболизма, он потребляет сахар в больших количествах. Этот процесс важен для роста рака и его метастазов, но эти процессы остаются малоизученными из-за отсутствия неинвазивных инструментов, которые работают на уровне всего организма.
Идея Гуна состояла в том, чтобы создать две молекулы щелчка, одну с сахаром, а другую с люциферином, светоизлучающим соединением, которое содержится в светлячках и заставляет их светиться. И это работает.
Как только клик-меченый сахар съедается опухолью, она реагирует с этим «клеточным» люциферином через реакцию «клик» и производит биолюминесцентный свет, пропорциональный количеству сахара, поступающего в клетки. Она назвала свой метод визуализации светлячков BiGluc, сокращенно от «Биолюминесцентная глюкоза».
BiGluc может быть использован для понимания метаболических потребностей различных опухолей, открывая возможности для генерации новых, эффективных методов лечения.
BiGluc используется в доклинической визуализации метаболизма рака и разработки лекарственных средств
«Наш новый метод оптической визуализации имеет высокую клиническую применимость и множество преимуществ», — говорит Гун. — Он не радиоактивен, высокочувствителен и поддается количественной оценке, реагенты стабильны в течение многих лет, а свечение можно наблюдать в течение многих часов.»
Из-за своей разносторонней природы, применение BiGluc может быть расширено за пределы лечения и визуализации раком. С его помощью можно визуализировать дисфункциональные клетки и много других важных человеческих патологий, в которых изменения в метаболизме играют ключевую роль, такие как диабет, нейродегенеративные заболевания, неалкогольный стеатогепатит, и много других.
«Что интересно в этих результатах, так это то, что мы создали основу для разработки сверхчувствительной платформы визуализации для количественной оценки поглощения многих важных метаболитов, которые играют центральную роль в нескольких заболеваниях человека, с целью создания более эффективных методов лечения», — говорит Гун.
Источник: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne