Созданы сенсоры для измерения эффективности лечения стволовыми клетками

Инженеры Массачусетского технологического института спроектировали магнитные белковые наночастицы.

Частицы эти можно использовать для отслеживания клеток или наблюдения межклеточного взаимодействия.

Частицы, описанные в издании Nature Communications, являются расширенной версией естественного, слабо магнитного белка под названием ферритин.

Ферритин на самом деле вовсе не такой уж магнитный, сообщил профессор Алан Ясанофф. Мы применили инструментарий белкового инжиниринга, чтобы попытаться усилить магнитные свойства этого белка.

Клетки способны вырабатывать новые «гипермагнитные» наночастицы белка, что позволяет сортировать эти клетки с помощью имеющихся магнитных методов. Это избавляет от необходимости размечать клетки синтетическими частицами и позволяет частицам чувствовать другие молекулы внутри клеток.

Ведущий автор статьи — бывший аспирант Массачусетского технологического института Юрий Мацумото. Соавторы — аспирант Ричи Чен и доцент Полина Аникеева.

Магнитное притяжение

Прежнее исследование привело к созданию синтетических магнитных частиц для визуализации или отслеживания клеток, однако поставка этих частиц в целевые клетки может оказаться довольно непростой.

В новом исследовании Ясанофф с коллегами намерены создать генетически закодированные магнитные частицы. С помощью данного подхода исследователи поставят ген магнитного белка в целевые клетки, что побудит их начать производство собственного белка.

Вместо производства наночастиц в лаборатории и прикрепления их к клеткам или инъецирования в клетки нам потребуется лишь ввести ген, который кодирует этот белок, сообщил Ясанофф.

В качестве отправной точки ученые применили ферритин, несущий атомы железа, которые требуются каждой клетке в качестве компонентов метаболических ферментов. В надежде на создание наиболее магнитной версии ферритина исследователи получили порядка 10 млн вариантов и испытали их на клетках дрожжей.

После повторного скрининга ученые использовали наиболее многообещающего кандидата для создания магнитного датчика, состоящего из усиленного ферритина с беловой меткой, который связан с другим белком — стрептавидином. Это позволило обнаружить наличие стрептавидина в клетках дрожжей. Примечательно, что данный метод можно настроить на другие взаимодействия.

Считывание клеточных сигналов

Поскольку ферритины генетически закодированы, они могут производиться в клетках и реагировать только в определенных обстоятельствах, например, когда клетка получает некий внешний сигнал, когда делится, или когда она превращается в другой тип клетки.

Исследователи могут отслеживать такую активность с помощью магнитно-резонансной томографии, что потенциально может позволить наблюдать связь между нейронами, активацию иммунных клеток или превращение стволовой клетки.

Датчики такого типа могут применяться для контроля эффективности методов лечения стволовыми клетками, отметил Ясанофф.

С развитием методов лечения стволовыми клетками появляется необходимость в создании неинвазивных инструментов для измерения, заявил ученый. Без такого контроля было бы сложно определить эффект терапии или то, почему она может не сработать.

Теперь исследователи пытаются приспособить магнитные сенсоры для работы в клетках млекопитающих, а также работают над получением более магнитного ферритина.