Naukowcy opracowali przełomową metodę jednoczesnego obrazowania DNA i RNA w żywych komórkach przy użyciu nieszkodliwego światła podczerwonego i bliskiej podczerwieni. To przełomowe osiągnięcie, będące efektem współpracy Narodowego Instytutu Nauki o Materiałach (NIMS), Uniwersytetu w Nagoi, Uniwersytetu Gifu i Uniwersytetu w Adelajdzie, może zrewolucjonizować wczesną diagnostykę chorób i badanie starzenia się komórek. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Science Advances pokonują kluczowe ograniczenia istniejących technik obrazowania komórek.
Problemy z istniejącymi metodami
Tradycyjne obrazowanie komórek ma trudności z dokładnym śledzeniem najwcześniejszych etapów uszkodzeń komórek, które poprzedzają starzenie się lub chorobę. Obecne metody często opierają się na promieniowaniu ultrafioletowym i widzialnym (UV-vis), które może uszkodzić komórki i zniekształcić wyniki. Nie są też wystarczająco czułe, aby odróżnić subtelne zmiany w zdrowiu komórek, co prowadzi do późnej diagnozy i niepełnego zrozumienia efektów leczenia. Pilnie potrzebne było uniwersalne, nietoksyczne podejście do obrazowania.
Przełom dzięki zastosowaniu podwójnego światła
Zespół badawczy dokonał jednoczesnego obrazowania DNA i RNA przy użyciu dwóch różnych typów nieszkodliwego światła wzbudzającego. Połączyli to ze specjalnie zaprojektowanymi barwnikami fluorescencyjnymi (barwniki N-heteroacene), które selektywnie wiążą się z DNA i RNA. To podejście oparte na podwójnym obrazowaniu zapewnia bezprecedensowy wgląd w stan zdrowia komórek.
Kluczowe wyniki obejmują:
- Większa czułość: wykazano, że obrazowanie RNA jest skuteczniejsze w przewidywaniu wczesnych uszkodzeń i starzenia się komórek niż metody tradycyjne.
- Kompleksowe monitorowanie: Metoda dokładnie wykrywa wszystkie cztery etapy śmierci komórki, zapewniając pełny obraz losu komórki.
- Podejście nietoksyczne: Zastosowanie światła podczerwonego i bliskiej podczerwieni zapewnia minimalne uszkodzenie żywych komórek, dzięki czemu idealnie nadaje się do długoterminowego monitorowania.
Implikacje dla diagnostyki i opracowywania leków
Ta nowa metoda pokonuje ograniczenia istniejących systemów obrazowania, umożliwiając wizualizację zmian stanu pojedynczej komórki w czasie rzeczywistym. Możliwość monitorowania subtelnych zmian w DNA i RNA umożliwia wykrycie uszkodzeń komórek na bardzo wczesnym etapie, potencjalnie na wiele lat przed pojawieniem się objawów.
Obszary zastosowań obejmują:
- Nietoksyczna diagnostyka żywych komórek: Monitoruj stan komórek bez uszkadzania próbki.
- Wysokowydajne badania przesiewowe leków: Szybka ocena skuteczności nowych metod leczenia.
- Medycyna spersonalizowana: Dobór leczenia na podstawie indywidualnych reakcji komórkowych.
Spojrzenie w przyszłość: identyfikacja „stanów przedchorobowych”
Zespół badawczy planuje rozszerzyć tę metodę na organizmy żywe, mając na celu opracowanie metod wczesnego wykrywania chorób i strategii medycyny precyzyjnej. Docelowo mają nadzieję opracować technologie, które będą w stanie wykryć stan „przedchorobowy” – moment, w którym przesunięcia komórek wskazują na zbliżający się pogorszenie stanu zdrowia.
„To podejście może pozwolić nam na interwencję, zanim nastąpi nieodwracalne uszkodzenie, potencjalnie zapobiegając postępowi choroby”. — Główny badacz
Ten przełom stanowi znaczący krok w kierunku proaktywnej opieki zdrowotnej, w której wczesne monitorowanie komórek pomaga w podejmowaniu działań zapobiegawczych. Dzięki wizualizacji najwcześniejszych oznak stresu komórkowego metoda ta może na nowo zdefiniować sposób identyfikowania i leczenia chorób.
