Новые результаты также предоставляют доказательства механизмов, участвующих в реакции клетки на противораковые препараты, — сказал Арвинд Раман, профессор машиностроения Роберта В. Адамса из Университета Пердью.В атомно-силовой микроскопии (АСМ) крошечный вибрирующий зонд, называемый кантилевером, проходит над материалом, точно определяя его топографию и физические свойства. Однако до настоящего момента процедура была слишком медленной, чтобы зафиксировать в действии некоторые быстро меняющиеся биологические процессы.
«До этого прогресса можно было видеть только до и после, но не то, что происходило между ними, динамику события», — сказал Раман. «На основе этой работы и наших предыдущих выводов есть доказательства того, что может быть механическая подпись устойчивости к лекарствам».Продвинутые модели позволяют исследователям преобразовывать данные АСМ в свойства внутреннего каркаса клетки, называемого кортикальным актиновым цитоскелетом, включая движение волокон, называемых актином.Результаты подробно описаны в статье, опубликованной в исследовательском журнале Scientific Reports, журнале открытого доступа Nature Publishing Group. Исследователи использовали эту технику для изучения клеток рака груди, зондирования ключевого фермента, называемого тирозинкиназой селезенки, или Syk.
Киназы вызывают фосфорилирование белков — биохимический процесс, который может изменять ферменты и играет важную роль в широком спектре клеточных процессов.«Таким образом, если вы отключите киназу, белки станут дефосфорилированными, и тогда могут произойти изменения», — сказал Роберт Л. Гелен, заслуженный профессор медицинской химии в Purdue. «Мы смогли показать, что отключение этой киназы очень быстро меняет физические свойства клетки. Так что это, несомненно, связано с событиями фосфорилирования, которые оказывают немедленное воздействие на белки цитоскелета».Автор статьи — бывший докторант Александр X. Картахена-Ривера, ныне доктор наук в Национальном институте глухоты и других коммуникативных расстройств при Национальном институте здравоохранения; Научный сотрудник Purdue Вэнь-Хорнг Ван; Гелен; и Раман.
Исследователи изучали клетки рака груди, подвергшиеся воздействию химического «ингибитора», который блокирует функционирование Syk, оставляя клетки свободными для метастазирования. Благодаря новой высокоскоростной АСМ исследователи впервые смогли наблюдать, что происходит при добавлении ингибитора.
После добавления ингибитора полосы актина распространяются по клетке, заставляя клетку изменять форму.«Это занимает около 10 минут, что довольно быстро по сравнению со многими биологическими процессами», — сказал Раман.Изображения могут быть сняты со скоростью около 50 секунд на кадр.«До того, как мы это сделали, на создание одного кадра уходило от 15 до 20 минут, а это слишком медленно, чтобы наблюдать этот переходный процесс», — сказал он.
Было показано, что полосы актина перемещаются по клетке широким движением.«Вы думаете об актине как о подмостках, но это динамические подмости», — сказал Раман. «Мы можем видеть полосы актина, которые перемещаются и меняют свои физические свойства во время перехода, чего раньше не понимали».Когда Syk отсутствует или деактивирован, клетки рака груди подвергаются процессу, называемому EMT, или эпителиально-мезенхимальным переходом, в результате чего они становятся очень подвижными и подвергаются метастазированию.
«Если эта киназа находится в клетках, клетки не могут метастазировать, поэтому мы пытаемся выяснить, каковы механизмы, с помощью которых вы должны избавиться от этой киназы, чтобы стать очень подвижными и метастатическими», — сказал Гелен. который связан с Центром исследований рака Пердью. «И это одна из причин, по которой мы смотрели на этот конкретный тип раковых клеток с этой конкретной формой Syk».Одна из целей исследования — связать физические свойства клеток с подавлением опухоли и действием киназы на клетку.Прогресс в технологии АСМ был достигнут благодаря двум нововведениям: когда кантилевер сканирует ячейку, он изгибается по-разному в зависимости от свойств сканируемого материала. Лазер измеряет это «отклонение», а модели преобразуют данные, чтобы получить информацию о составе материала.
Предыдущие применения АСМ-микроскопии для изучения живых клеток обеспечивали обратную связь по амплитуде и частоте вибрирующего кантилевера, но не по отклонению. Однако такой подход требует слишком много времени, чтобы получить изображения быстро меняющихся процессов внутри живых клеток. Теперь было показано, что предоставление обратной связи об отклонении увеличивает скорость визуализации в 10 раз, что делает метод практичным для изучения клеточных процессов.Другое нововведение — это технология, которая позволяет кантилеверу вибрировать одновременно на двух частотах.
«За одно сканирование мы можем отобразить локальные физические свойства ячейки, и мы можем сделать это достаточно быстро, чтобы составить карты изменяющейся ячейки», — сказал Раман.