Количественное визуализация АТФ позволяет измерять клеточную энергию в реальном времени

от

Исследователи из Института нанонаук и наук о жизни (WPI-NanoLSI) при Канадзавском университете разработали метод количественной визуализации уровней АТФ внутри живых клеток. Исследование, [опубликованное](https://www.nature.com/articles/s41467-025-64946-2) в журнале Nature Communications, представляет qMaLioffG — генетически кодируемый индикатор времени жизни флуоресценции, который позволяет учёным наблюдать, как клетки производят и потребляют энергию в реальном времени.

АТФ (аденозинтрифосфат) — это универсальное топливо для жизни, которое обеспечивает энергией практически каждый биологический процесс. Точное измерение уровней АТФ внутри клеток долгое время было сложной задачей: традиционные флуоресцентные индикаторы часто давали лишь приблизительные оценки и были подвержены ошибкам из-за интенсивности света или условий визуализации.

Новый метод решает эти проблемы, полагаясь на время жизни флуоресценции — время, в течение которого флуоресцентный белок светится после импульсного возбуждения, — а не на яркость. Это делает измерения более количественными и надёжными.

Команда под руководством Сатоши Араи разработала qMaLioffG, тщательно сконструировав флуоресцентный белок, который ведёт себя по-разному в зависимости от количества присутствующего АТФ (рис. 1). Когда АТФ связывается с этим белком, длительность его свечения — известное как время жизни флуоресценции — изменяется измеримым образом. В отличие от яркости, на которую могут влиять настройки микроскопа, концентрация белка или форма клетки, время жизни флуоресценции не зависит от условий эксперимента и отражает фактическое количество АТФ.

Чтобы проверить свою разработку, исследователи ввели белок qMaLioffG в различные живые клетки и ткани, включая клетки кожи человека, раковые клетки, эмбриональные стволовые клетки мыши и даже мозг плодовых мушек (рис. 2). Затем они применили [микроскопию с визуализацией времени жизни флуоресценции](https://medicalxpress.com/news/2025-07-ai-source-software-faster-easier.html?utmsource=embeddings&utmmedium=related&utm_campaign=internal) (FLIM) — передовую форму микроскопии, которая фиксирует эти тонкие сдвиги времени жизни. Записывая эти изменения в реальном времени, команда создала точные карты уровней АТФ в клетках и тканях, показывая, где и как используется энергия.

Этот подход знаменует собой значительный прорыв по сравнению со старыми методами, которые могли обеспечить только относительные изменения яркости и были подвержены ошибкам из-за освещения или условий визуализации. С помощью qMaLioffG исследователи теперь могут выполнять истинно количественную визуализацию АТФ, открывая новые возможности для изучения того, как энергетический обмен влияет на здоровье и болезни.

«Впервые мы можем выполнять истинно количественную визуализацию уровней АТФ внутри живых клеток в реальном времени», — сказал Араи. «Это открывает захватывающие возможности для понимания [энергетического метаболизма](https://medicalxpress.com/news/2025-09-metabolic-analysis-reveals-cancer-energy.html?utmsource=embeddings&utmmedium=related&utm_campaign=internal) в таких условиях, как рак, нейродегенеративные заболевания и биология стволовых клеток».

Ожидается, что этот новый метод ускорит исследования в области энергетического метаболизма, [регенеративной медицины](https://medicalxpress.com/news/2022-07-adult-like-mature-human-cardiac-tissue.html?utmsource=embeddings&utmmedium=related&utm_campaign=internal) и механизмов заболеваний. Поскольку он работает со стандартными лазерными системами с длиной волны 488 нм, которые уже широко распространены во многих лабораториях, он будет широко доступен исследователям по всему миру.

Хотя qMaLioffG представляет собой значительный шаг вперёд, остаётся ещё несколько нерешённых задач. Текущее исследование было сосредоточено на культивируемых клетках, модельных организмах и тканеподобных сфероидах; следующим шагом станет применение метода к целым живым организмам и, в конечном итоге, к тканям человека. Исследователям также необходимо изучить, как qMaLioffG работает при длительной визуализации, поскольку энергетический метаболизм является высокодинамичным и может колебаться в течение часов или дней.

Будущие направления включают:

* продвижение к количественной визуализации энергии в живых тканях в реальном времени;
* создание платформы, которая может преобразовать биомедицинские исследования и поддержать разработку новых методов лечения.

Предоставлено [Канадзавским университетом](https://phys.org/partners/kanazawa-university/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте