Вдохновленные кальмарами, ученые смогли превратить человеческие клетки в прозрачные
Представьте себе, что вы обладаете способностью произвольно становиться абсолютно невидимым. Несмотря на то, что это далеко от реальности, группа исследователей смогла модифировать человеческие клетки, сделав их прозрачными в течение экспериментов.
На протяжении около десяти лет инженеры-химики из Инженерной школы Генри Самуэли при Калифорнийском университете в Ирвине работали над материалами, получененные кальмарами, осьминогами и каракатицами.
После работы над белками рефлектина, что играют решающую роль в способности кальмаров менять цвет, они совершили прорыв, который привел к их заключению о том, что таким образом можно обеспечивать и человеческую клетку.
"Эти животные обладают уникальной световой манипулятивной системой, что находится внутри их клеток и тканей. Удивительно то, каким образом это приводит к возможности изменять цвет”, - утверждает Алон Городецкий, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии.
Головоногие моллюски имеют различные механизмы изменения окраса, что позволяют им сливаться с фоном. В этом случае исследователи сосредоточились на женской особи одного вида кальмаров, известном как Doryteuthis opalescens, распространенный в Калифорнии и обладающий необычными клетками, именуемые лейкофорами.
Всякий раз, когда самки данного вида хотят избежать нежелательной агрессии, их полоса на мантии меняется с белой на прозрачную. ”В зависимости от того, как выглядит полоса, кальмар D. opalescens может оказаться либо самкой, либо самцом, как показал Дэн Морс и его коллеги из Калифорнийского университета Санта-Барбары", - упоминает Городецкий.
- Перестрающиеся клетки лейкофоров способны изменять характер отражения и передачи света тканями тела. У многих головоногих моллюсков (в том числе у кальмаров и осьминогов) подобные клетки выглядят будто сферы или маленькие шарики, сгрупированные по всей их поверхности”.
Ученые пришли к выводу, что за механизмы отражение света в данных частицах имеются особые белки, а изменение их состояния влияет на отражение и передачу свет. Затем они попытались внедрить схожие частицы клеток лейкофоров в эмбриональные клетки почек человека.
"Клетки почек - это отличная модельная платформа для начала. Мы нашли способ генетически спроектировать эмбриональные клетки почек человека, чтобы сформировать те же типы частиц, которые вы видите в лейкофорах”, - объясняет Городецкий.
На самом деле исследователи обнаружили лейкофоры и их уникальные способности почти 50 лет назад. Клетки почек были сконструированы таким образом, чтобы экспрессировать белок рефлектин А1, который обычно встречается в мантии самок Doryteuthis opalescens.
Исследователи также использовали различные концентрации соли или хлорида натрия, чтобы изменить степень прозрачности человеческих клеткок.
Это открытие имеет потенциал сделать возможным более четкое отображение процессов, происходящих внутри человеческих клеток и тканей. Благодаря высокому показателю преломления, обеспечиваемому этими частицами, их можно использовать в качестве молекулярной метки.
“В отличие от флуоресцентных зондов, эта метка не отбеливается и позволяет получать различные типы изображений. Представьте себе визуализацию ткани, где вы в реальном времени заставляете исчезать определенные участки", - говорит он.
Однако испытание и разработка подобной концепции может занять несколько лет. Городецкий признает, что генная инженерия человеческих тканей может поставить под угрозу их естественную клеточную структуру, но утверждает, что он и его команда исследователей провели эксперимент, по итогу которого они смогли показать, что первоначально эмбриональные клетки почек человека не были достаточно сильно повреждены или скомпрометированы.
“Основной целью является разработка конкретной стратегии, позволяющей клетке вести себя тем же образом, как и в начале, но при этом обладать необходимыми свойствами. Это первообразная задача при разработки любой молекулярной метки", - утверждает Городецкий.