Według badań prowadzonych wspólnie przez naukowców z Weill Cornell Medicine, New York-Presbyterian i New York Genome Center, nowa metoda może naświetlić tożsamość i aktywność komórek w narządzie lub guzie w niespotykanej dotąd rozdzielczości.

Technika opisana w Biotechnologia przyrody, rejestruje wzorce aktywności genów i obecność kluczowych białek w komórkach w próbkach tkanek, zachowując jednocześnie informacje o dokładnych lokalizacjach komórek. Umożliwia to tworzenie złożonych, bogatych w dane „map” narządów, w tym chorych narządów i guzów, które mogą być szeroko przydatne w badaniach przedklinicznych i klinicznych.

„Ta technologia jest ekscytująca, ponieważ pozwala nam mapować przestrzenną organizację tkanek, w tym typy komórek, aktywność komórek i interakcje między komórkami, jak nigdy dotąd” – powiedział współautor badania, dr Dan Landau.

Nowa metoda jest częścią szeroko zakrojonych wysiłków naukowców i inżynierów mających na celu opracowanie lepszych sposobów „zobaczenia” w skali mikro, jak działają narządy i tkanki. W ostatnich latach naukowcy poczynili postępy, zwłaszcza w technikach profilowania aktywności genów i innych warstw informacji w poszczególnych komórkach lub małych grupach komórek. Jednak techniki te zwykle wymagają rozpuszczenia tkanek i oddzielenia komórek od sąsiadów, co powoduje utratę informacji o pierwotnym położeniu profilowanych komórek w tkankach. Nowa metoda rejestruje również te informacje przestrzenne i to w wysokiej rozdzielczości.

Metoda, zwana Spatial Protein and Transcriptome Sequencing (SPOTS), jest częściowo oparta na istniejącej technologii 10x Genomics. Wykorzystuje szklane szkiełka, które są odpowiednie do obrazowania próbek tkanek za pomocą zwykłych metod patologicznych opartych na mikroskopie, ale są również pokryte tysiącami specjalnych cząsteczek sondy. Każda z cząsteczek sondy zawiera molekularny „kod kreskowy” oznaczający jej dwuwymiarową pozycję na szkiełku. Kiedy cienko pokrojona próbka tkanki zostanie umieszczona na szkiełku, a jej komórki staną się przepuszczalne, cząsteczki sondy na szkiełku przechwytują informacyjne RNA (mRNA) sąsiednich komórek, które są zasadniczo transkryptami aktywnych genów. Metoda obejmuje wykorzystanie zaprojektowanych przeciwciał, które wiążą się z białkami będącymi przedmiotem zainteresowania w tkance – i wiążą się ze specjalnymi cząsteczkami sondy. Dzięki szybkim, zautomatyzowanym technikom badacze mogą identyfikować przechwycone mRNA i wybrane białka oraz precyzyjnie mapować je do ich pierwotnych lokalizacji w próbce tkanki. Otrzymane mapy można rozpatrywać samodzielnie lub porównywać ze standardowym obrazowaniem patologicznym próbki.

Obraz ludzkich komórek raka piersi przedstawiający A) makrofagi immunosupresyjne w pobliżu tkanki łącznej guza oraz B) makrofagi immunostymulujące w pobliżu gniazd guza [Credit: Nir Ben Chetrit.]

Zespół zademonstrował SPOTS na tkance z normalnej śledziony myszy, ujawniając złożoną funkcjonalną architekturę tego narządu, w tym skupiska różnych typów komórek, ich stany funkcjonalne oraz różnice w tych stanach w zależności od lokalizacji komórek.

Podkreślając potencjał SPOTS w badaniach nad rakiem, badacze wykorzystali go również do mapowania organizacji komórkowej guza piersi myszy. Powstała mapa przedstawiała komórki układu odpornościowego zwane makrofagami w dwóch różnych stanach, co oznaczono markerami białkowymi — jeden stan jest aktywny i walczy z nowotworem, a drugi jest immunosupresyjny i tworzy barierę chroniącą guz.

„Zaobserwowaliśmy, że te dwa podzbiory makrofagów znajdują się w różnych obszarach guza i wchodzą w interakcje z różnymi komórkami – i ta różnica w mikrośrodowisku prawdopodobnie napędza ich odrębne stany aktywności” – powiedział dr Landau.

Takie szczegóły środowiska immunologicznego guza – szczegóły, których często nie można rozwiązać z powodu rzadkości komórek odpornościowych w guzach – mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego niektórzy pacjenci reagują na terapię wzmacniającą odporność, a niektórzy nie, a tym samym mogą pomóc w projektowaniu przyszłych immunoterapię – dodaje.

Ta początkowa wersja SPOTS ma taką rozdzielczość przestrzenną, że każdy „piksel” wynikowego zestawu danych sumuje informacje o aktywności genów dla co najmniej kilku komórek. Jednak naukowcy mają nadzieję, że wkrótce zawężą tę rozdzielczość do pojedynczych komórek, dodając jednocześnie inne warstwy kluczowych informacji komórkowych.