«Хорошее или плохое влияние оксидантов на здоровье зависит от их типа и количества, и особенно от их точного пространственного и временного распределения в организме», — говорит Тобиас Дик, клеточный биолог, работающий в Немецком центре исследований рака (Deutsches Krebsforschungszentrum, DKFZ). «Следовательно, мы заинтересованы в том, чтобы выяснить, какие клетки и ткани производят какие оксиданты в контексте всего организма, в какой ситуации и как долго».Пару лет назад исследовательская группа Дика уже сделала важный шаг вперед, разработав флуоресцентные биосенсоры для изучения эндогенных оксидантов.
Чертежи этих зондов могут быть генетически закодированы у экспериментальных животных. Генерируя световые сигналы, биосенсоры показывают присутствие определенных окислителей в режиме реального времени и вплоть до уровня отдельных клеток.Однако световые сигналы поглощаются тканями на небольшом расстоянии.
Таким образом, использование этих зондов до сих пор было сосредоточено на небольших или прозрачных организмах, таких как плодовые мушки или рыбки данио. Они менее ценны для мышей, которые являются важными изучаемыми организмами в медицинских исследованиях. Получение образцов тканей мышей для последующего изучения также не было альтернативой, потому что, оказавшись вне организма, они быстро теряют свое естественное состояние.
Исследователи DKFZ во главе с Диком теперь смогли решить эту проблему. Используя специальную комбинацию холода и химической обработки, они смогли навсегда зафиксировать состояние биосенсора в полученной ткани. Таким образом, они смогли получить изображение пространственного распределения оксидантов на фиксированном участке ткани, соответствующем таковому в живом организме.В своей публикации исследователи приводят примеры распределения оксидантов в растущей опухоли, реакции печени на воспаление и реакции мышечных волокон на голод.
Исследователи DKFZ теперь планируют использовать новый метод для изучения влияния болезней и веществ на распределение оксидантов во всем организме.Во втором исследовании ученые из группы Дика намеревались еще больше повысить чувствительность биосенсоров. Это позволило бы им наблюдать тонкие связанные с метаболизмом изменения в производстве оксидантов, которые происходят, например, в результате изменений в питании или физической активности.
Команда Дика разработала первый биосенсор на основе так называемых пероксиредоксинов, белков с самой высокой известной чувствительностью к перекиси водорода. Новые датчики с беспрецедентной чувствительностью реагируют на малейшее увеличение или уменьшение уровня окислителя. Когда исследователи впервые протестировали новые зонды в дрожжевых клетках, они даже смогли отслеживать перемещение оксидантов между отдельными структурами внутри клетки.
Их следующая цель — объединить две новые разработки. «Теперь мы также хотим оптимизировать биосенсоры на основе пероксиредоксина для клеток млекопитающих, а затем поместить их в геном мышей», — объясняет Летиция Рома, которая была ключевым исследователем в исследовании на мышах. «В сочетании с возможностью анализа фиксированных срезов тканей мы также сможем исследовать, связаны ли минимальные изменения в производстве оксидантов с развитием метаболических заболеваний».