С возрастом часть клеток организма переходит в состояние сенесценции (старения): они перестают делиться, но не погибают. Такие клетки способствуют развитию возрастных нарушений, включая онкологические заболевания, дегенерацию тканей и воспалительные болезни.
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали неинвазивный метод выявления биомаркеров старения, что в перспективе позволит улучшить диагностику и лечение этих заболеваний. В основе метода лежит рамановская микроскопия, позволяющая изучать биохимический состав клеток без повреждения. Соединив рамановскую микроскопию с данными об экспрессии генов на уровне отдельных клеток, учёные смогли определить уникальные «штрихкоды» для быстрого распознавания стареющих клеток. Работа выполнена на клетках мышей, однако сейчас исследователи адаптируют метод для человеческих тканей.
«Можно представить, что однажды мы создадим эндоскоп, который сможет заглянуть внутрь организма и выявить клеточное старение», — приводит слова Джона Вун Кана, научного сотрудника MIT и одного из старших авторов исследования, сайт института. Проект реализуется в рамках инициативы Национальных институтов здравоохранения США Cellular Senescence Network, нацеленной на углублённое изучение старения для создания терапий, способных противостоять повреждению тканей стареющими клетками.
Старение клеток часто запускается повреждением ДНК, что приводит к необратимой остановке клеточного цикла. Клетки не погибают, но заметно меняют форму, обмен веществ и профиль экспрессии генов. Иммунная система должна удалять такие «клетки-зомби», однако с возрастом этот процесс становится менее эффективным. Накопление стареющих клеток может вызывать дряблость кожи, мышечную слабость и хронические заболевания, например остеоартрит и диабет второго типа. При этом клеточное старение играет и полезную роль — в эмбриональном развитии и регенерации тканей.
Учёные уже выявили несколько биомаркеров старения, включая белки p16 и p21, участвующие в остановке клеточного цикла. Однако для их определения требуется разрушить клетку. Команда MIT применила рамановскую микроскопию в сочетании с пространственным РНК-секвенированием, чтобы найти новые маркеры. Такой подход дал более полную картину особенностей стареющих клеток: уровни экспрессии генов, пространственное расположение и другую биохимическую информацию. Исследователи изучили образцы кожи и лёгких двухмесячных и 26-месячных мышей. Самым заметным изменением в обоих типах тканей стало усиление синтеза липидов и их накопление в старых клетках, хотя влияние этого процесса на физиологию пока не установлено.
На основе полученных данных учёные определили комбинации рамановских пиков, связанных со старением. Эти пики соответствуют конкретным химическим связям липидов, белков и других молекул. «Объединив важнейшие рамановские признаки с ключевыми генными сигнатурами, мы смогли создать штрихкод, помогающий более объективно идентифицировать стареющие клетки», — сказал Сальваторе Соррентино, постдок MIT. Сейчас исследователи работают над ускоренной версией системы рамановской визуализации: анализ образца площадью около одного квадратного миллиметра занимает порядка 30 часов, и учёные надеются создать установку, способную быстро выделять найденные штрихкоды на более крупных образцах. Финансирование работы обеспечили Национальные институты здравоохранения США и Массачусетская больница общего профиля.