Совместная группа ученых из Дании и США разработала новый способ оценки активности ферментов в отдельных клетках человеческого тела. Предложенный метод, базирующийся на принципах микрофлюидики, может использоваться для определения поведения и реакции на химиотерапию различных клеток злокачественных опухолей.

Многие химиотерапевтические средства для лечения рака были разработаны специально с расчетом на то, что они будут вмешиваться в деятельность специфического семейства ферментов – топоизомеразы ДНК. Эти ферменты присутствуют в раковых клетках в более высоких концентрациях по сравнению со здоровыми клетками человеческого тела. Более того, эти ферменты предложены в качестве прогностического маркера раковых заболеваний.

К сожалению, многие пациенты либо изначально устойчивы к лекарственным препаратам, воздействующим на топоизомеразы ДНК во время химиотерапии, либо эта устойчивость вырабатывается у них после первого же этапа лечения. Причины этого «сопротивления лечению» пока не до конца понятны, однако результаты предыдущих исследований показывают, что активность этого класса ферментов и цитотоксический эффект химиотерапии непосредственно связаны между собой.

Для углубления знаний в этой области совместная группа ученых из исследовательской лаборатории iNANO в Aarhus University (Дания) и Duke University (США) провела измерение активности топоизомеразы ДНК с помощью новой методики собственной разработки. Предложенный учёными способ исследования позволяет рассматривать «деятельность» топоизомераз ДНК в отдельных раковых клетках и сравнивать ее с реакцией всей опухоли на химиотерапию. Подобный анализ, по мнению ученых, поможет лучше понять принцип сопротивления организма подобному методу лечения. Детали предложенной методики были опубликованы в журнале ACS Nano.

Разработанная исследовательской группой методика базируется на принципах микрофлюидики в сочетании с «датчиками» ДНК, которые обнаруживают каталитические реакции, вызванные топоизомеразами. Кроме того, в нее включен специальный буфер, разрушающий клеточную мембрану и таким образом позволяющий ферментам вступать в реакцию. Все задействованные компоненты смешиваются в своеобразных контейнерах, представляющих собой небольшие капли, покрытые липидами.

Во время реакции с топоизомеразами, изначально линейные молекулы ДНК заворачиваются в круглые структуры. Как только реакция прекращается, исследователи помещают полученную смесь на стеклянную пластинку, заранее покрытую специальным составом, позволяющим «увеличить» образовавшуюся структуру. Полученную таким образом структуру можно визуализировать с помощью техник отображения единственных молекул, в данном случае, с помощью флуоресцирующих зондов.

По мнению исследователей, предложенный ими подход, в рамках которого исследования проводятся на одной единственной клетке, поможет дать новую важную информацию о постепенном развитии опухоли. Научная группа также считает, что реагируют с лекарственными препаратами и вырабатывают устойчивость далеко не все раковые клетки, что открывает еще более масштабную сферу для исследований.