Чтобы бороться с пандемией, наука должна действовать быстро. Сейчас, когда безопасные и эффективные вакцины широко доступны, а в ближайшее время появится несколько многообещающих методов лечения COVID-19, нет никаких сомнений в том, что многие аспекты биологических исследований были успешно ускорены за последние два года.
Теперь исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) и Гейдельбергского университета в Германии увеличили скорость визуализации инфицированных клеток с помощью мягкой рентгеновской томографии, метода микроскопической визуализации, который может генерировать невероятно подробные трехмерные сканы.
Их подход занимает всего несколько минут для сбора данных, для которых потребовались бы недели подготовки и анализа с помощью других методов, что дает ученым простой способ быстро изучить, как внутренний механизм наших клеток реагирует на SARS-CoV-2 или другие патогены, а также как клетки реагируют на лекарства, предназначенные для лечения инфекции.
«До нашей техники визуализации, если кто-то хотел узнать, что происходит внутри клетки, и узнать, какие изменения произошли при инфекции, им пришлось пройти через процесс фиксации, разрезания и окрашивания клеток в Чтобы проанализировать их с помощью электронной микроскопии. Со всеми этапами, чтобы получить ответ, потребуются недели. Мы можем сделать это за день», — сказала соруководитель проекта Кэролин Ларабелл, научный сотрудник лаборатории Беркли в области биологических наук. «Таким образом, это действительно ускоряет процесс исследования клеток, последствий инфекции и последствий лечения пациента лекарством, которое может или не может вылечить или предотвратить болезнь».
Съемка сотовых стоп-кадров
Ларабелл — профессор анатомии Калифорнийского университета в Сан-Франциско и директор Национального центра рентгеновской томографии, учреждения, основанного на усовершенствованном источнике света (ALS) лаборатории Беркли. Сотрудники учреждения разработали мягкую рентгеновскую томографию (SXT) в начале 2000-х годов, чтобы заполнить пробелы, оставленные другими методами клеточной визуализации. В настоящее время они предлагают SXT исследователям по всему миру и продолжают совершенствовать подход. В рамках исследования, опубликованного в Cell Reports Methods в конце прошлого года, она и трое ее коллег выполнили SXT на образцах клеток легких человека, подготовленных их коллегами из Гейдельбергского университета и Немецкого центра исследований инфекций.
Под руководством вирусолога Ральфа Бартеншлагера и физика Венеры Вайнхардт немецкая команда тщательно заразила клетки SARS-CoV-2, а затем химически зафиксировала их соединениями на основе альдегидов — процесс, который убивает клетки и сохраняет их, иммобилизованные, в их последнем жизненном состоянии ( а также инактивирует любые оставшиеся вирусные частицы) — через 6 и 24 часа после заражения.
Вся команда ликовала, когда полученные 3D-изображения имели тот же уровень изысканной детализации и четкости, которым известен SXT, несмотря на химическую фиксацию клеток. Вывод заключается в том, что их подход позволит многим лабораториям безопасно получать изображения инфицированных клеток без неотъемлемых рисков и соответствующих необходимых протоколов безопасности при работе с живыми инфицированными клетками.
«Это действительно важный момент, потому что есть много опасных организмов, которые люди не могут изучать, потому что не у всех есть лаборатория BSL-3 (уровень биобезопасности 3)», — объяснил Ларабелл. «Никто в лаборатории Беркли, например, не может выращивать эти клетки в своей лаборатории. Таким образом, это открывает двери для множества экспериментов с патогенами, которые мы не могли представить раньше».
Цзянь-Хуа Чен и Валентина Локонте, ученые из группы Ларабелла, провели сеансы томографии и анализа изображений соответственно в Национальном центре рентгеновской томографии. Оба были приятно удивлены, увидев, как SXT фиксирует изменения в различных органеллах в клетках легкого с очень высоким разрешением после очень небольшого времени, затраченного на подготовку образцов и без использования красителей или маркировки. Эти дополнительные шаги часто необходимы для создания карт ячеек, в которых различные внутренние компоненты легко различимы.
«Одна деталь, которая меня поразила, заключалась в наличии этого большого мембранного отсека, который, вероятно, является способом, которым клетка пытается переработать или удалить все вирусные репродуктивные механизмы», — сказал Локонте, исследователь с докторской степенью. Она отметила, что изображения показали развитие этого своеобразного компартмента почти во всех изученных инфицированных клетках. «С помощью нашей техники это было очень четко выделено. Если бы мы использовали просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ), например, потребовалось бы гораздо больше времени, чтобы отследить одну такую органеллу», потому что ученые, использующие ПЭМ, должны разрезать клетки, Она сказала, что анализирует каждый конкретный срез независимо, а затем реконструирует область.
Распространение новостей
Теперь, когда они продемонстрировали потенциал использования SXT цельных клеток для безопасного изображения инфицированных вирусом клеток, авторы считают, что их результаты помогут мировому научному сообществу изучить COVID-19 и, возможно, другие заболевания.
Между тем, Ларабелл, Вайнхардт и Бартеншлагер уже успешно используют эту технику. В рамках своей роли в Немецком центре исследований инфекций Бартеншлагер и его команда начали использовать SXT цельных клеток для изучения того, как клетки человека реагируют на несколько экспериментальных препаратов для лечения COVID-19. Они надеются, что быстрое получение результатов поможет ускорить процесс разработки лекарств и быстрее вывести на рынок дополнительные эффективные препараты. Они также планируют использовать эту технологию, чтобы понять развитие инфекций, вызванных другими вирусными агентами.
«Будучи микроскопистами, мы часто говорим: «Увидеть — значит поверить». Тем не менее, нам еще предстоит изучить много неизвестного, чтобы лучше понять сложности взаимодействия вирус-хозяин.Это потребует визуализации большого количества клеток для получения статистически значимой информации, учитывая различия между инфицированными клетками, которые мы наблюдали. , — сказал Чен. «SXT предлагает сообществу очень хорошую возможность наблюдать и исследовать, что происходит после заражения клеток человека вирусами. Я надеюсь, что это откроет окно для ответов на важные вопросы в области вирусологии».
Теги: биотехнологии, коронавирус
