Учёные создали новый датчик, который видит невидимое в воде.
Клетки иммунной системы в организме постоянно реагируют на сигналы от раковых клеток, других иммунных клеток и микроорганизмов. Эти сигналы формируют специфические модели молекулярной экспрессии, которые связаны с такими заболеваниями, как рак, аутоиммунные заболевания, инфекции и воспаления, а также с терапевтическими вмешательствами.
Уловить эти модели учёным было сложно из-за малого количества соответствующих молекул в клетках. Однако исследователи из CellPrint Biotechnology LLC, Case Western Reserve University и Cleveland Clinic Foundation под руководством профессора Дэвида Каплана сделали важный шаг в выявлении этих молекулярных моделей в иммунных клетках крови и обнаружении новых индикаторов здоровья и болезней.
Описание метода
Работа профессора Каплана и его команды основана на более продвинутой версии проточной цитометрии — технологии, которая измеряет, что происходит внутри отдельных клеток, пропуская их через лазерный луч для обнаружения молекул внутри.
В отличие от традиционных подходов, новая версия имеет в сто раз лучшее разрешение, что позволяет обнаруживать молекулы, которые существуют в очень малых количествах, и анализировать их связи.
Профессор Каплан отметил, что их технология амплификации продемонстрировала отличную чувствительность, а благодаря недавней разработке ограниченной размерности цитометрии они достигли высокого уровня точности.
Ограниченная размерность цитометрии — это упрощённый способ измерения меньшего количества характеристик за раз для получения более чётких и надёжных результатов.
Результаты исследования
Команда профессора Каплана сначала показала, что метод работает, изучив хорошо известный путь иммунной системы — путь стимулятора генов интерферона, который запускает первую линию защиты организма от инфекций.
Используя образцы от здоровых добровольцев, они подтвердили, что их система может измерять молекулярные изменения стабильно и предсказуемо. Это показало, что их метод может фиксировать как общую картину, так и более тонкие детали того, как сигналы перемещаются внутри клеток.
Позже, когда тот же метод был протестирован на образцах крови, обработанных препаратом, который, как известно, влияет на гибель клеток, появились неожиданные закономерности. Некоторые сигнальные молекулы сохранили свои связи, другие разделились, а также образовались совершенно новые соединения.
Например, группа молекул, связанных с запрограммированной гибелью клеток — естественным процессом, при котором старые или повреждённые клетки безопасно удаляются, — была тесно связана до лечения, но после введения препарата координация нарушилась.
Эти результаты показывают, что лекарства могут перестраивать внутреннюю работу клеток таким образом, что это может быть упущено менее чувствительными методами.
Применение метода
Применив метод к образцам крови от людей с плазмоклеточными нарушениями, такими как множественная миелома (рак плазматических клеток) и амилоидоз (состояние, при котором белки аномально накапливаются в тканях), команда обнаружила уникальные сигнальные паттерны для разных типов клеток.
Моноциты — иммунные клетки, которые борются с инфекцией, и Т-хелперы — клетки, которые направляют иммунные ответы, — демонстрировали отличительные наборы молекулярных взаимодействий. Некоторые молекулы были тесно связаны в одном типе клеток, но не в другом.
Эти различия, по мнению команды, могут иметь решающее значение для понимания того, как развиваются и прогрессируют эти заболевания.
Профессор Каплан подчеркнул более широкое значение их работы: «Мы описали упрощённую технологию, основанную на технологии усиления сигнала и цитометрии с ограниченной размерностью, которая позволяет анализировать сигнальную сеть в мононуклеарных клетках крови из клинических образцов. Этот анализ, вероятно, даст ценную новую информацию об участии сигнальной сети в патофизиологии и патогенезе».
Патофизиология относится к изменениям в функциях организма, вызванным заболеванием, а патогенез — к происхождению и развитию болезни.
Заключение
Результаты исследования профессора Каплана и его команды не только показывают, что клеточную сигнализацию можно представить с большой ясностью, но и намекают на то, что эти молекулярные карты могут помочь врачам и учёным лучше понять и даже предсказать поведение болезни.
Демонстрируя, как молекулы в клетках иммунной системы крови по-разному взаимодействуют при болезни и здоровье, этот метод может вдохновить на новые направления в диагностике, прогнозировании и лечении.
Диагностика — это процесс выявления заболевания, прогноз — вероятный ход или исход этого заболевания, а лечение — способ, с помощью которого врачи борются с болезнью.
Поскольку клеточная сигнализация лежит в основе многих заболеваний, возможное применение этого открытия весьма разнообразно. Результаты могут помочь врачам отслеживать болезнь в режиме реального времени, измерять реакцию пациентов на лечение и выявлять скрытые пути, которые имеют значение при раке и нарушениях иммунной системы.
Профессор Каплан и его команда демонстрируют, что, более внимательно прислушиваясь к тихим разговорам внутри клеток иммунной системы крови, наука приближается к тому, чтобы превратить эти тонкие сигналы в значимые клинические идеи.
Ссылка на журнал
Kaplan D., Lazarus H.M., Valent J., Anwer F., Mazzoni S., Samaras C., Williams L., Nakashima M., Hanna M., Raza S., Christian E., Khouri J. «Signalling Network Analysis of Blood Mononuclear Cells From Clinical Samples by Bivariate Correlation». Journal of Cellular and Molecular Medicine, 2025; Volume 29. DOI: https://doi.org/10.1111/jcmm.70550
Об авторе
Профессор Каплан получил степени доктора медицины и доктора философии в Чикагском университете. Он работал врачом-патологом в больницах Барнса и Еврейских больницах в Сент-Луисе и продолжил свои исследования в качестве постдокторанта в Вашингтонском университете.
Доктор Каплан поступил на факультет в Медицинской школе Университета Кейз Вестерн Резерв, где он основал биомедицинскую исследовательскую лабораторию. Он также занимал должность директора лабораторий диагностической иммунологии и вирусологии в Университетских больницах Кливленда.
Каплан добился многих первых результатов в своих исследованиях, включая первое клонирование человеческих цитотоксических Т-клеток, специфичных для вируса гриппа, первый стабильный перенос генов в человеческие Т-лимфоциты, первое использование антисмысловой ДНК для подавления экспрессии специфических белков в человеческих Т-клетках и первое описание молекул на поверхности Т-клеток, активных в регуляции иммунитета.