Παρατηρώντας ζωντανά κύτταρα στην «καρδιά» των ιστών

Ερευνητές συνδύασαν προηγμένη οπτική μικροσκοπία με την αλληλούχιση DNA νέας γενιάς για να μελετήσουν τα κύτταρα απευθείας μέσα στους ιστούς όπου βρίσκονται.

Φανταστείτε να κοιτάτε ένα τμήμα βιολογικού ιστού με τον τρόπο που βλέπετε έναν χάρτη μιας πόλης στο smartphone σας. Σε αυτήν την περίπτωση, αντί να κάνετε μεγέθυνση σε σημεία ενδιαφέροντος της πόλης, μπορείτε να κάνετε μεγέθυνση σε κύτταρα που βρίσκονται μέσα σε ιστούς, έχοντας στα χέρια σας λεπτομερή μοριακά δεδομένα.

Αυτό ακριβώς επιτυγχάνει μια νέα

μέθοδος που ονομάζεται «Light-Seq», που μπορεί να φαίνεται απίστευτα φουτουριστική, αλλά να αποτελέσει πραγματικότητα στο εγγύς μέλλον. Σύμφωνα με τη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Methods, ερευνητές από το European Molecular Biology Laboratory (EMBL) Heidelberg, το Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και από το Ινστιτούτο Blavatnik στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ, μπορούν τώρα να χρησιμοποιήσουν αυτή τη μέθοδο για να μαρκάρουν με το μικροσκόπιο ενδιαφέροντα κύτταρα και να μελετήσουν την έκφραση των γονιδίων τους σε βάθος, αφήνοντάς τα ανέπαφα για περαιτέρω μελέτη.

Με τη χρήση μικροσκοπίας φθορισμού (fluorescence microscopy) αναγνωρίζονται και παρατηρούνται συγκεκριμένοι κυτταρικοί πληθυσμοί, με μοναδικά σχήματα, θέσεις ή μοτίβα έκφρασης πρωτεϊνών. Από την άλλη πλευρά, οι τεχνολογίες μεταγραφομικής (transcriptomics) μονοκυττάρων που βοηθούν στην ερμηνεία των λειτουργικών στοιχείων του γονιδιώματος και καθοδηγούνται από μεθόδους προσδιορισμού αλληλούχισης νέας γενιάς, προσφέρουν στους ερευνητές πρωτοφανείς πληροφορίες σε επίπεδο γονιδιώματος για όλα τα γονίδια που εκφράζονται μέσα στα κύτταρα. Η αλληλούχιση νέας γενιάς (NGS) είναι μια νέα τεχνολογία που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό αλληλουχιών DNA και RNA και την ανίχνευση μεταλλάξεων. Η NGS μπορεί να αλληλουχήσει εκατοντάδες και χιλιάδες γονίδια ή ολόκληρο γονιδίωμα σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Ωστόσο, μέχρι πρόσφατα, αυτές οι δύο προσεγγίσεις χρησιμοποιούνταν μεμονωμένα. Οι ερευνητές μπορούσαν να δουν κύτταρα στο μικροσκόπιο, αλλά να μελετήσουν την έκφραση μόνο μιας χούφτας γονιδίων κάθε φορά. Αντίστροφα, μπορούσαν να χαρακτηρίσουν τα μεταγραφώματα μεμονωμένων κυττάρων, αλλά επειδή η διαδικασία απαιτούσε συνήθως τη διάσπαση του ιστού σε μεμονωμένα κύτταρα, χανόταν οποιαδήποτε πληροφορία σχετικά με τη θέση, το σχήμα ή με άλλα χαρακτηριστικά του κυττάρου. Με την πρόσφατη εμφάνιση του spatial omics field (πεδίου χωρικής ωμικής), οι ερευνητές αποκτούν σιγά-σιγά αυξανόμενη πρόσβαση σε αυτά τα χαμένα χαρακτηριστικά.

H νέα πρωτοποριακή τεχνική που ενσωματώνει άμεσα την απεικόνιση με την αλληλούχιση των κυττάρων χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη ενός πολύ σπάνιου τύπου νευρώνων που ονομάζονται ντοπαμινεργικά αμακρινικά κύτταρα. Αυτά τα κύτταρα αποτελούν το 0,01% των κυττάρων στον αμφιβληστροειδή και η αποτελεσματική απομόνωσή τους για εις βάθος ανάλυση είναι εξαιρετικά δύσκολη. Χρησιμοποιώντας το Light-Seq, η ομάδα μπόρεσε να συγκεντρώσει πληροφορίες μεταγραφικής από τέσσερα από αυτά τα κύτταρα ανά τμήμα ιστού και να αποκρυπτογραφήσει τα γονίδια που εκφράζονται σε αυτόν τον τύπο κυττάρων σε σύγκριση με τα γειτονικά κύτταρα. Οι ερευνητές μπόρεσαν επίσης να επικυρώσουν τους πρόσφατα αναγνωρισμένους βιοδείκτες με περαιτέρω πειράματα απεικόνισης χρησιμοποιώντας μια μέθοδο ανίχνευσης RNA, το SABER-FISH, που είχαν αναπτύξει προηγουμένως.

Το Light-Seq δεν είναι μόνο ισχυρό όσον αφορά το εύρος και την ευελιξία του, είναι επίσης φθηνό σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες, καθώς χρησιμοποιεί εξαρτήματα που υπάρχουν στα περισσότερα εργαστήρια. Σε αντίθεση με τις περισσότερες άλλες μεθόδους, αφήνει επίσης ανέπαφα τμήματα ιστού, επιτρέποντας στους ερευνητές να συνεχίσουν τη μελέτη τους αφού συλλέξουν τα μεταγραφικά δεδομένα, για να εξετάσουν, για παράδειγμα, τα προφίλ έκφρασης πρωτεϊνών. Οι πληροφορίες που συλλέγονται μέσα σε ένα τέτοιο πλαίσιο θα μπορούσαν ενδεχομένως να παρέχουν σημαντικές ενδείξεις για την κατανόηση των συσχετίσεων φαινοτύπου-γονότυπου που εμπλέκονται στην ανάπτυξη μιας ασθένειας.

Οι ερευνητές συνεχίζουν τώρα να αναπτύσσουν το Light-Seq και τις εφαρμογές του στο EMBL Heidelberg. Επί του παρόντος εργάζονται για τη βελτίωση της μεθόδου όσον αφορά την ευαισθησία και την ανάλυση και ξεκινούν επίσης να εφαρμόζουν το Light-Seq για να μελετήσουμε τη μεταγραφική παραλλαγή σε υποκυτταρικό επίπεδο.

Πηγή: EMBL

#ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ #ΚΥΤΤΑΡΑ