Почему клетки-зомби опасны и как их теперь можно увидеть

С возрастом часть клеток в нашем организме перестаёт делиться, но не погибает. Их называют сенесцентными, или «клетками-зомби». Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали неинвазивный метод выявления таких клеток, объединив рамановскую микроскопию и данные экспрессии генов. Результаты опубликованы в журнале Nature Aging.

Рамановская микроскопия помогает заглянуть внутрь клетки

Метод основан на рамановском рассеянии света. Он позволяет определить химический состав тканей, не повреждая их. Это ключевое отличие от традиционного секвенирования РНК, которое разрушает образец в процессе анализа. Рамановская микроскопия использует видимый или ближний инфракрасный свет, что делает её полностью безопасной для живых клеток.

Учёные применили этот подход вместе с пространственным секвенированием РНК. Такая комбинация дала сразу несколько типов данных: уровень экспрессии генов, их расположение в ткани и биохимические признаки. Как отмечает автор работы Цзянь Шу, цель заключалась в том, чтобы взглянуть на старение клеток с двух взаимодополняющих сторон.

«Объединив наиболее значимые особенности рамановского спектра с ключевыми генными сигнатурами, мы создали штрихкод, помогающий выявлять сенесцентные клетки без субъективных оценок», — объясняет исследователь.

Что показали эксперименты на мышиных тканях

В рамках работы анализировали кожу и лёгкие мышей двух возрастов: двух месяцев и двадцати шести. Разница оказалась значительной. В старых клетках обеих тканей вырос синтез липидов и увеличилось их накопление. Это один из самых заметных изменений, зафиксированных в ходе эксперимента.

Однако были и специфические тканевые особенности. В сенесцентных клетках кожи нарушались пути, связанные с сокращением мышц и ремоделированием коллагена. В лёгочной ткани пожилых мышей активировались гены, отвечающие за иммунный ответ и воспаление. Пока неясно, как именно эти изменения влияют на физиологию клеток, но учёные намерены изучить этот вопрос в будущем.

Штрихкод для поиска «зомби-клеток»

Сенесцентные клетки играют неоднозначную роль. С одной стороны, они важны для эмбрионального развития и регенерации тканей. С другой — их накопление связано с возрастными заболеваниями: остеоартритом, диабетом второго типа, хроническими воспалениями. Иммунная система обычно удаляет такие клетки, но со временем этот процесс работает хуже.

Раньше для идентификации сенесцентных клеток использовали белки p16 и p21. Однако их определение разрушает клетку. Новый метод позволяет обойти это ограничение. Исследователи выделили комбинации рамановских пиков, соответствующих химическим связям в липидах, белках и других молекулах. Эти пики и образуют уникальный «штрихкод» стареющей клетки.

Вот как выглядит процесс поиска таких клеток:

• Молекулы в ткани облучают лазером ближнего инфракрасного диапазона;
• Рамановское рассеяние света отражает колебания химических связей;
• Спектрометр фиксирует характерные пики и сопоставляет их с эталонными маркерами;
• После обучения алгоритм мгновенно распознаёт нужные комбинации в общей картине.

Перспективы диагностики возрастных заболеваний

Сейчас исследователи работают над ускорением метода. Обработка образца размером в один квадратный миллиметр занимает около тридцати часов. Этого достаточно для лабораторных экспериментов, но не для клинической практики. Команда надеется разработать более быструю систему, способную сканировать крупные образцы тканей.

В отдалённой перспективе авторы видят создание эндоскопа, который сможет находить сенесцентные клетки прямо внутри организма. Это позволило бы выявлять возрастные изменения на ранних стадиях. Работа учёных из MIT — лишь первый шаг к тому, чтобы превратить сложную лабораторную технику в инструмент, доступный врачам.

Исследование проводится в рамках программы Cellular Senescence Network при поддержке Национальных институтов здравоохранения США. Возможно, через несколько лет понимание клеточного старения изменит подход к профилактике возрастных патологий. Но пока остаётся открытым главный вопрос: как быстро технология сможет перейти из лаборатории в реальную медицинскую практику?