مهندسان پزشکی ابزار جدیدی را برای شناسایی امضاهای متابولیکی مرتبط با بیماریها ابداع کردند

12 مارس 2019 - تغییرات متابولیک در سلول ها می تواند در مراحل اولیه ی بیماری رخ دهد. در اغلب موارد، شناخت این سیگنالها ممکن نیست و معمولا بیماری ها تنها پس از آن که آسیب جدی به بدن وارد می کنند، قابل شناسایی هستند. در حال حاضر گروهی از محققان به رهبری مهندسین دانشکده مهندسی دانشگاهTufts ، با ایجاد یک ابزار نوری برای خوانش متابولیسم با وضوحی در حد سلول، بدون ایجاد آشفتگی در سلول ها با عوامل کنتراست، و یا از بین بردن آنها برای انجام آزمایشات، پنجره ای را به درون سلول باز نموده اند. همانطور که در مجله ی Science Advances گزارش شد، محققان توانستند از این روش برای شناسایی امضاهای متابولیکی خاصی که می توانند در دیابت، سرطان، بیماری های قلبی عروقی و عصبی ایجاد شوند، استفاده کنند.

این روش بر اساس فلورسانس دو کوآنزیم مهم NADH[1]و FAD[2](زیست مولکول هایی که در ترکیب با آنزیم ها کار می کنند) در هنگام تابش پرتو لیزر  کار می کند. این دو کوآنزیم در تعداد زیادی از مسیرهای سوخت و ساز در هر سلول دخیل هستند. دانشمندان Tuftsبرای کشف مسیرهای متابولیک خاص که تحت تاثیر بیماری یا استرس قرار می گیرند، سه پارامتر را در نظر گرفتند: نسبتFAD به NADH، محو شدن فلوئورسانس "" NADH  و سازماندهی میتوکندری ها(باتریهای تولید انرژی در سلول) بر اساس توزیع فضایی NADH درون یک سلول.

اولین پارامتر یعنی مقادیر نسبی FAD به NADH می تواند مقدار مصرف اکسیژن توسط سلول، متابولیسم قندها، یا تولید یا شکستن مولکول های چربی را نشان دهد. پارامتر دوم - "محو شدن فلورسانس " NADH - جزئیاتی مربوط به محیطی که NADH در آن قرار گرفته است را نشان می دهد. پارامتر سوم - توزیع مکانیNADH  در سلول ها - نشان می دهد که چگونه میتوكندری ها در پاسخ به رشد سلولی و استرس تقسیم شده و یا درهم ادغام می شوند.

پرفسور Irene Georgakoudi، نویسنده مسئول این مطالعه و استاد مهندسی پزشکی در دانشکده مهندسی تافتز گفت: این سه پارامتر با هم بیانگر امضاهای متابولیسمی خاصی از سلامت سلولی و یا اختلال در عملکرد سلول هستند، قدرت این روش توانایی دریافت اطلاعات از سلول های زنده است، بدون استفاده از کنتراست و لیبلهای سلولی که می توانند با نتایج تداخل داشته باشند.

روشهای دیگری نیز برای ردیابی غیرتهاجمی امضاهای متابولیکی بیماری، مانندPET اسکن وجود دارند، که اغلب در تحقیقات مورد استفاده قرار میگیرند. اما در حالی که اسکنهای PET اطلاعاتی با کیفیت پایین، علیرغم نفوذ عمیق به بافتهای زنده ارائه می دهند، روش نوری که توسط محققانTufts معرفی شده است، فعالیت متابولیکی را در حد تک سلول تشخیص می دهد، اگرچه بیشتر در سلولهایی که در نزدیکی سطح بافت هستند، قادر به انجام این کار است.البته این لزوما محدودیت نیست، زیرا بسیاری از بیماری ها از جمله سرطان را می توان در سطح بافتها تشخیص داد، در حالی که در بسیاری از مطالعات پیش بالینی بر روی مدل های حیوانی و بافت های مهندسی شده ی سه بعدی با این روش می توان نظارت را بدون نابودی سلولها انجام داد. در آینده ممکن است ثابت شود، که روش توسعه یافته توسطGeorgakoudi  و همکارانش، یک ابزار تحقیقاتی قدرتمند برای درک امضاهای متابولیکی بیماریهای است.

منبع:

https://now.tufts.edu/news-releases/researchers-develop-label-free-non-destructive-tools-detect-metabolic-changes-linked

https://www.news-medical.net/news/20190312/Tufts-engineers-develop-new-tool-to-identify-metabolic-signatures-linked-to-disease.aspx

 



[1]nicotinamide adenine dinucleotide

[2]flavin adenine dinucleotide