Как внедрить в клетки новые возможности, не вмешиваясь в их обменные процессы? Команда из Мюнхенского технического университета (TUM) и Helmholtz Zentrum München изменила клетки млекопитающих таким образом, что они сформировали искусственные компартменты, в которых могли происходить секвестрированные реакции, что позволило обнаруживать клетки глубоко в ткани, а также манипулировать ими. с магнитными полями.
проф. Гил Вестмайер, профессор молекулярной визуализации в ТУМ и глава исследовательской группы в Helmholtz Zentrum München, и его команда добились этого, внедрив в клетки человека генетическую информацию для производства бактериальных белков, так называемых инкапсулинов, которые самособираются в наносферы.. Этот метод позволил исследователям создать небольшие автономные пространства - искусственные клеточные компартменты - внутри клеток млекопитающих.
Охраняемые территории с новыми свойствами
Огромная сила маленьких сфер в том, что они нетоксичны для клетки и внутри них могут протекать ферментативные реакции, не нарушая метаболических процессов клетки. «Одним из важнейших преимуществ системы является то, что мы можем генетически контролировать, какие белки, например, флуоресцентные белки или ферменты, инкапсулируются внутри наносфер», - объясняет Феликс Зигмунд, первый автор исследования. «Таким образом, мы можем пространственно разделить процессы и придать клеткам новые свойства».
Но наносферы также обладают естественным свойством, которое особенно важно для команды Вестмайера: они могут поглощать атомы железа и обрабатывать их таким образом, что они остаются внутри наносфер, не нарушая клеточных процессов. Эта секвестрированная биоминерализация железа делает частицы, а также клетки магнитными.«Сделать клетки видимыми и дистанционно управляемыми, сделав их магнитными, - одна из наших долгосрочных исследовательских целей. Включающие железо нанокомпартменты помогают нам сделать большой шаг к этой цели», - объясняет Вестмайер.
Магнитный и практичный
В частности, это упростит наблюдение за клетками с помощью различных методов визуализации: магнитные клетки также можно наблюдать в глубоких слоях с помощью методов, не повреждающих ткани, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ). В сотрудничестве с доктором Филиппом Эрдманном и профессором Юргеном Плитцко из Института биохимии Макса Планка команда смогла дополнительно показать, что наносферы также видны в криоэлектронной микроскопии высокого разрешения. Эта особенность делает их полезными в качестве генных репортеров, которые могут напрямую маркировать клеточную идентичность или статус клетки в электронной микроскопии, подобно обычно используемым флуоресцентным белкам в световой микроскопии. Более того, есть даже дополнительные преимущества: магнитными ячейками можно систематически управлять с помощью магнитных полей, что позволяет их сортировать и отделять от других ячеек.
Возможно использование в клеточной терапии
Одним из возможных будущих применений искусственных клеточных компартментов является, например, клеточная иммунотерапия, при которой иммунные клетки генетически модифицируются таким образом, что они могут избирательно уничтожать раковые клетки пациента. С новыми нанокомпартментами внутри манипулируемых клеток в будущем клетки, возможно, будет легче обнаруживать с помощью неинвазивных методов визуализации. «Используя модульные нанокомпартменты, мы могли бы также дать генетически модифицированным клеткам новые метаболические пути, чтобы сделать их более эффективными и надежными», - объясняет Вестмайер. «Конечно, есть много препятствий, которые необходимо преодолеть в первую очередь в доклинических моделях, но способность генетически контролировать модульные реакционные сосуды в клетках млекопитающих может быть очень полезной для этих подходов».