Исследователи Массачусетского технологического института разработали неинвазивный способ выявления клеток, вошедших в состояние старения. Метод основан на рамановской микроскопии — анализе химического состава клеток по рассеянию видимого или ближнего инфракрасного света, который не повреждает образец. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Aging.
Клеточное старение часто возникает после повреждения ДНК и сопровождается необратимой остановкой деления. Такие клетки не погибают, но меняют форму, обмен веществ и активность генов. С возрастом иммунная система хуже удаляет их из организма, поэтому они могут накапливаться и участвовать в развитии дряблости кожи, мышечной слабости, остеоартрита и диабета второго типа.
При этом старение клеток не всегда связано с патологией: оно необходимо для эмбрионального развития и восстановления тканей. «Старение — это не только патологическое состояние», — отметил Питер Со, директор Центра лазерных биомедицинских исследований MIT и профессор биоинженерии и машиностроения. По его словам, инициатива Национальных институтов здравоохранения Cellular Senescence Network направлена на комплексное изучение этого процесса и способов обнаружения стареющих клеток.
Учёные объединили рамановскую микроскопию с анализом экспрессии генов на уровне отдельных клеток и пространственным РНК-секвенированием, показывающим, где именно в ткани активны гены. Исследование проводили на коже и лёгких мышей в возрасте двух и 26 месяцев. У старых клеток обоих типов тканей обнаружили усиленный синтез и накопление липидов, а в коже также изменялись процессы, связанные с сокращением мышц, коллагеном и внеклеточным матриксом; в лёгких активнее работали гены иммунного ответа и воспаления.
Сопоставив спектральные сигналы с генетическими характеристиками, исследователи выделили набор признаков, который назвали «штрихкодом» старения. «Объединив наиболее важные рамановские признаки с ключевыми генетическими сигнатурами, мы смогли создать штрихкод, который помогает более объективно выявлять стареющие клетки», — сказал Сальваторе Соррентино, постдокторант MIT. Такой подход позволяет сосредоточиться на нескольких наиболее информативных участках спектра и искать их в образце.
Сейчас метод испытан только на клетках мышей, однако команда адаптирует его для человеческих тканей. Анализ участка ткани площадью около одного квадратного миллиметра пока занимает примерно 30 часов, поэтому учёные создают более быструю систему, способную находить выявленные рамановские «штрихкоды» в крупных образцах. «Можно представить, что однажды мы разработаем эндоскоп, который сможет заглянуть внутрь организма и обнаружить клеточное старение», — сказал научный сотрудник MIT Джон Ун Кан. Работа выполнена при поддержке Национальных институтов здравоохранения и Massachusetts General Hospital, о ней сообщило MIT News.