Регенерация или восстановление тканей – один из самых удивительных процессов в любом живом организме. Некоторые виды способны со временем восстанавливать целые потерянные органы и даже головы. Многие учёные по всему миру трудятся над тем, чтобы научиться инициировать регенерацию и контролировать её (в том числе у человека).
Но за этим процессом крайне сложно наблюдать на клеточном уровне. Многие исследования в этой области опираются на "моментальные снимки" клеточного роста и движения клеток, которые не дают целостной картины. Другая техника, "живая съёмка клеток", возможна только в очень небольших масштабах. До настоящего времени вопрос о визуализации больших групп клеток в режиме реального времени оставался открытым.
Для решения проблемы международная команда цитологов (специалистов по клеткам), работабющая под руководством Кеннета Посса (Kenneth Poss) из Университета Дьюка, решила взять за основу метод нейровизуализации под названием брейнбоу (в дословном переводе на русский язык "радужный мозг").
Он подразумевает внедрение в геном животного флуоресцентных белков, которые окрашивают нервные клетки в разные цвета, что позволяет наблюдать за их взаимодействием. В случае рыбок данио-рерио учёные"запрограммировали" каждую клетку поверхности их тела от глаз до чешуи.
Цитологи назвали свою систему skinbow (радужная кожа). В статье, опубликованной авторами в журнале Cell, сообщается, что новая линия рыбок была создана с помощью гена, который кодирует красный, синий и зелёный флуоресцентные белки. Ген вводили эмбрионам рыб. Взрослое животное в видимом свете выглядело просто красноватым, но под ультрафиолетом начинало светиться всеми цветами радуги.
Каждая клетка кожи данио-рерио содержит около 100 копий нового гена, и может содержать, например, 80 красных, 10 синих и 10 зелёных белков. Таким образом, получается около 5000 возможных цветовых комбинаций, но разрешающая способность микроскопа может гарантированно различать 70-80 из них, и этого достаточно, чтобы отличать соседние клетки. Оттенки проявляются только в клетках кожи и сохраняются постоянными на протяжении всей жизни рыбок.
"Это как если бы вы дали каждой клетке свой штрих-код", — поясняет ведущий автор исследования Чэнь-ХуэйЧэнь (Chen-HuiChen) в пресс-релизе Университета Дьюка. — Теперь вы можете увидеть, как отдельные клетки коллективно действуют во время восстановления".
Кроме этого, команда также разработала и программное обеспечение для отслеживания отдельных клеток в различных сериях изображений, собранных на протяжении долгого времени. Таким образом, цитологи теперь могут проследить "биографию" огромного числа клеток разных типов одновременно. Раньше о таком и мечтать было нельзя.
В первую очередь, новая система была испытана на обычном цикле жизни клеток кожи данио-ренио, который длится около трёх недель, после чего старые клетки отмирают и появляются новые. Затем исследователи провели серию экспериментов, в которых пронаблюдали, как восстанавливается кожа рыбок после различных травм, и обнаружили удивительное разнообразие клеточного ответа.
Например, оказалось, что при ампутации плавника регенерация происходит в три этапа. Сначала клетки из соседних областей мигрируют, чтобы закрыть собой рану. Затем начинается интенсивный рост новых клеток. Кроме этого, некоторые из них временно увеличиваются в размере, для того чтобы обеспечить покрытие поверхности.
В ближайшем будущем Посс и его коллеги планируют подключить к skinbow и другие методы визуализации клеточных процессов. Они также будут исследовать влияние на заживление ран таких стресс-факторов, как наркотики, инфекции и рак.
