Знание того, как белки ведут себя внутри отдельных клеток человека, может рассказать нам, будут ли эти клетки жить, умирать или будет нарушена их функция – это та важная информация, которая позволит диагностировать болезни. В настоящее время получение такой детальной информации крайне затруднительно из-за несовершенства аналитического метода, требующего проанализировать как минимум сотни, если не тысячи, клеток из взятых образцов.

Теперь, однако, ученые Тихоокеанской северо-западной национальной Лаборатории (PNNL) создали «молекулярный микроскоп», способный обнаружить и идентифицировать белки внутри образцов, состоящих всего лишь из нескольких клеток или даже из одной единственной клетки, и применять такой прибор для того, чтобы различить ткань, пораженную болезней от здоровой.

Новый аппарат может анализировать образцы ткани в 500 раз меньшие, чем те, которые требовались для идентификации протеина по другим технологиям. В одном из опытов ученые с помощью нового аппарата смогли обнаружить примерно 650 белков в единичной клетке ткани легкого человека. В другом опыте они использовали этот аппарат для диагностики небольших образцов ткани поджелудочной железы человека в лабораторной чашке Петри, чтобы выявить, была ли ткань диабетической или здоровой. (Больные панкреатические клетки могут блокировать производство инсулина и вызывать диабет первого типа).

Исследователи также применили эту технологию к распознаванию белков, извлеченных из небольшого количества клеток здорового мозга человека, легких, печени и матки. Они надеются, что такой подход приведет к более целенаправленным и персонифицированным диагнозам заболеваний.

Согласно новой методике сначала отбираются образцы ткани в микроскопические ячейки, нанесенные методом травления на поверхность стеклянного чипа. Затем при помощи автоматизированной руки робота извлеченные и изолированные белки переносятся в каждое углубление и ученые для идентификации белков используют масс-спектрометр.

До сих пор технологии идентификации белка могли давать только общую картину больших образцов, но не содержали подробной информации о белках в отдельных клетках или в очень маленьких скоплений клеток.

«Мы можем теперь для анализа «находить иголку в стоге сена», тогда как прежде мы вынуждены были анализировать «иголки и стог сена» вместе»,– говорит химик Рьян Келли (Ryan Kelly).

Он и его коллега Иинг Жу (Ying Zhu), работают в Тихоокеанской северо-западной национальной Лаборатории (PNNL) и являются соавторами исследования, опубликованного прошлым летом в журнале «Angewandte Chemie».

Главная проблема заключается в том, что работа с образцами столь малого размера очень затруднена по той причине, что часть материала теряется в ходе процесса на каждом этапе работы. Новая система рассматривает этот вопрос, применяя микроскопические ячейки, которые сводят к минимуму область поверхности, на которую могли бы осесть белки.

Дэвид Гудлетт (David Goodlett), химик из Университета Штата Мэриленд, который не участвовал в работе, называет этот способ грандиозным прорывом вперед.

Ученые разработали изящное решение этой проблемы, – говорит он.

Научные работники уже применяют эту технологию для идентификации белков отдельных клеток опухоли, циркулирующих в кровотоке пациентов с раком простаты. Способность обнаруживать такие малые составляющие в этих клетках могла бы быть полезна для объяснения факта, почему некоторые нездоровые ткани становятся резистентными к лекарствам.