Суть разработки
Ученые из НИТУ «МИСиС», Имперского колледжа Лондона, университета Каназава (Япония) и МГУ создали уникальный нано-зонд для трехмерного картирования уровня кислотности (pH) в живых клетках. Инструмент обеспечивает беспрецедентное пространственное разрешение до 50 нанометров. Эта революционная технология открывает новые горизонты для глубокого изучения механизмов метастазирования рака, развития язвенной болезни желудка, различных воспалений и других биологических процессов.
Важнейшая роль кислотной среды
Для нормальной жизнедеятельности клеткам необходимо поддержание стабильной, в основном нейтральной, внеклеточной микросреды. Однако ключевой фактор развития патологий – закисление среды, смещение pH в кислую сторону, характерное для злокачественных опухолей и воспалительных процессов.
Ключевое значение pH-мониторинга
Кислая межклеточная среда служит не только индикатором проблем, но и активным фактором, способствующим метастазированию и усилению воспалительных реакций. Поэтому точное измерение локального внеклеточного pH является важнейшей задачей для ученых, исследующих механизмы развития патологий и разрабатывающих методы борьбы с ними.
Преимущества авторского нано-зонда
Авторский нано-зонд нового поколения позволяет отслеживать кислотность живой клетки с высокой скоростью (до 2 миллисекунд) и разрешением 50 нм. Это принципиально безметочный и нетоксичный метод, абсолютно безопасный для исследуемых биологических объектов. При этом его конструкция отличается сложностью и инженерной изящностью.
Как работает уникальный сенсор
«Сердце прибора – нано-сенсор, созданный путем “сшивания” глюкозооксидазы и поли-1-лизина на кончике стеклянного нанокапилляра. Он формирует уникальную рН-селективную наномембрану, чувствительность которой превышает 0,01 единиц pH. Сенсор отличается невероятной скоростью отклика (порядка 2 мс) и исключительным пространственным разрешением (~50 нм). Микроскопическую мембрану интегрировали в двухканальный стеклянный нанозонд, который совмещает измерение кислотности с системой дистанционного контроля и обратной связи методом сканирующей ион-проводящей микроскопии», — поясняет к.ф.-м.н. Александр Ерофеев из лаборатории «Сканирующей ион-проводящей микроскопии» НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Ю.Е. Корчева.
Потенциал новой технологии
На базе изобретения создана технология, позволяющая проводить одновременную 3D-топографию и непрерывный мониторинг кислотности самых разнообразных живых клеток – от раковых клеток и клеток слизистой оболочки желудка до кардиомиоцитов. Результатом работы становится трехмерное изображение участка живой ткани или отдельной клетки с детализированной картой локальных значений pH.
Перспективы для науки и медицины
Данное исследование может сыграть ключевую роль в понимании фундаментальных основ клеточной активности, связанных с уровнем pH. Это, в свою очередь, открывает перед наукой невероятные перспективы в диагностике и лечении различных типов рака, а также в преодолении механизмов развития и протекания множества воспалительных заболеваний.
Источник: scientificrussia.ru
