Одной из самых сложных задач является одновременное наблюдение всех молекул в неповрежденной ткани, начиная с клеток. Определение положения сотен или тысяч биомолекул – от липидов до метаболитов и белков – в естественной среде поможет лучше понять их функции и взаимосвязь. К сожалению, у учёных нет инструментов для решения этой задачи.
Визуализационные методики, такие как микроскопия, дают возможность наблюдать молекулы внутри клеток, однако способны отслеживать только несколько одновременно и не обнаруживают все типы биомолекул, включая некоторые липиды. Другие методы, например масс-спектрометрия, позволяют увидеть сотни молекул, но при этом работают с поврежденными образцами, поэтому нельзя определить ориентацию биомолекул.
Масс-спектрометрическая визуализация – перспективная методика, позволяющая увидеть сотни молекул сразу в нетронутых тканях. Ее разрешение не достаточное для обнаружения отдельных клеток.
С этой проблемой столкнулась Мэн Ванг и ее команда. изучают В исследовании стремятся выявить множество биомолекул в неизменённых тканях, чтобы понять их трансформацию при старении тканей.
По fortuna лаборатория Ванга расположена в соседнем коридоре с Полом Тиллбергом, одним из изобретателей метода, называемого микроскопией расширения. В нем применяется набухающий гидрогелевый материал для равномерного увеличения образцов во всех направлениях до такой степени, что мелкие детали, такие как структура суборганелл, могут быть обнаружены с помощью обычного микроскопа.
Процесс применяют теперь и в других методиках, не относящихся к традиционному микроскопу. Исследователи изучали возможность применения расширения для повышения пространственной разрешающей способности массовых спектрометрических снимков.
Создан новый метод, позволяющий поэтапно увеличивать размеры тканевых образцов без разрушения их на молекулярном уровне, как при использовании стандартной процедуры. Благодаря растяжке неповрежденных образцов во всех направлениях, исследователи могут применять масс-спектрометрическую визуализацию для одновременного выявления сотен молекул на уровне отдельных клеток в их естественной среде.
«Такая возможность позволяет изучать молекулярное пространство, и мы стремимся приблизиться к тому, что может сделать микроскопия», — говорит Тиллберг. Команда применила новую методику для определения специфических пространственных паттернов малых молекул в различных слоях мозжечка. Было установлено, что эти молекулы — включая липиды, пептиды, белки, метаболиты и гликаны — распределены неравномерно, как полагали раньше. Кроме того, каждый слой мозжечка обладает собственной структурой липидов, метаболитов и белков.
В почках, поджелудочной железе и опухолях обнаружены биомолекулы. Метод можно применить к различным типам тканей. В опухолях отмечены значительные различия в биомолекулах, что может помочь в изучении молекулярных механизмов опухолей и разработке лекарств.
Ванг утверждает: «Видя биомолекулы, можно начать понимать характер их строения и его связь с функциями». Новая технология позволит отслеживать закономерности в развитии, старении и болезни, чтобы понять, как различные молекулы влияют на эти процессы.
Новая техника, не требующая дополнительного оборудования и простая в освоении, может быть применима во многих лабораториях по всему миру. Разработчики надеются на её широкое распространение. «Мы стремились создать что-то доступное и простое в использовании», — говорит Ванг. опубликовано в журнале Nature Methods.
[Фото: Zhang and Ding et al. / HHMI]