Поиск способов замедлить старение и предотвратить связанные с ним тяжелые заболевания остается одной из самых сложных задач современной медицины. Особую проблему для исследователей представляют так называемые зомби-клетки: они перестают делиться, но не погибают естественным образом, накапливаясь в тканях и повышая риск развития рака, болезни Альцгеймера и других патологий. Долгое время ученые не могли надежно отличить эти вредоносные клетки от здоровых в живых тканях, пока группа исследователей клиники Мэйо не предложила неожиданное решение, изначально возникшее в разговоре обычных аспирантов. Подробнее о работе можно узнать в опубликованных материалах.

 

Как аптамеры помогают находить стареющие клетки

Ключевым открытием исследователей стало использование аптамеров — молекул, способных селективно помечать целевые клетки. Эти молекулы представляют собой короткие цепочки синтетической дезоксирибонуклеиновой кислоты, которые в растворе сворачиваются в сложные трехмерные структуры. Именно эта форма позволяет им избирательно прикрепляться к специфическим белкам на поверхности клеток.

Работая с клетками лабораторных мышей, ученые проверили более 100 триллионов случайных последовательностей нуклеиновых кислот. В ходе скрининга удалось выделить несколько редких соединений, способных связываться с белками, характерными для стареющих клеток. После прикрепления к цели молекулы выполняют роль метки, позволяя исследователям легко идентифицировать нужные клетки даже среди здоровых тканей.

«Этот подход доказал, что аптамеры — это технология, позволяющая отличать стареющие клетки от здоровых,» — поясняет ведущий биохимик исследования. «Несмотря на то что это только первый шаг, результаты дают надежду на использование метода для человеческих клеток в будущем».

В отличие от традиционных методов, эта технология не требует заранее известных маркеров клеток. Исследователи намеренно не ограничивали поиск конкретными белками, позволив молекулам самим выбрать мишени на поверхности клеток.

• Эти молекулы состоят из коротких цепочек синтетической дезоксирибонуклеиновой кислоты;
• принимают сложную трехмерную форму в растворе;
• способны избирательно прикрепляться к белкам на поверхности клеток;
• Они позволяют помечать целевые клетки для последующей идентификации.

 

Случайный разговор аспирантов дал начало проекту

Идея использовать аптамеры для поиска стареющих клеток возникла не в кабинете профессора, а во время неформальной беседы двух аспирантов клиники Мэйо. Один из них изучал потенциал аптамеров в лечении рака мозга и нейродегенеративных заболеваний, другая — исследовала процессы старения и зомби-клетки в лаборатории.

Молодые ученые встретились на научном мероприятии и начали обсуждать свои диссертационные проекты. Тогда аспирант, изучавший аптамеры, предположил, что технологию можно адаптировать для распознавания стареющих клеток. У него не было опыта работы с такими клетками, но его коллега как раз специализировалась на этом.

Студенты представили идею своим научным руководителям, включая экспертов, занимающихся терапией, нацеленной на зомби-клетки. Руководители сочли концепцию сначала безумной, но достаточно интригующей, чтобы начать проверку. Позже они признались, что им понравилась сама идея междисциплинарного сотрудничества, инициированного студентами.

1. Аспиранты представили идею своим научным руководителям;
2. Руководители сочли концепцию рискованной, но перспективной;
3. В проект привлекли дополнительных специалистов из смежных лабораторий;
4. Работа продвигалась быстрее, чем ожидали исследователи.

Ранние эксперименты дали обнадеживающие результаты гораздо раньше, чем планировалось. Это позволило команде расширить состав, привлекая студентов из других лабораторий, специализировавшихся на микроскопии и анализе различных типов тканей.

 

Новые данные о биологии зомби-клеток

Помимо создания нового метода идентификации, исследование дало новую информацию о самих стареющих клетках. До сих пор у ученых не было универсальных маркеров, позволяющих надежно определять такие клетки во всех типах тканей.

В ходе работы несколько аптамеров прикрепились к варианту белка фибронектина, который находится на поверхности клеток мышей. Пока исследователи не понимают точно, как именно эта разновидность фибронектина связана с процессом старения клеток. Тем не менее, находка может помочь ученым лучше определить, что именно делает зомби-клетки уникальными.

Открытый подход позволяет выявлять ранее неизвестные маркеры, поскольку поиск не ограничен заранее заданными параметрами. Молекулы сами выбирают мишени, что открывает возможности для изучения биологии старения, о которых раньше не подозревали.

 

Перспективы лечения возрастных заболеваний

Исследователи подчеркивают, что потребуются дополнительные работы, прежде чем аптамеры можно будет надежно использовать для выявления стареющих клеток в организме человека. Однако технология может стать не только инструментом диагностики.

Ученые полагают, что в будущем аптамеры смогут доставлять лекарственные препараты непосредственно к зомби-клеткам, обеспечивая высокую точность лечения. Кроме того, аптамеры дешевле и более адаптивны, чем традиционные антитела, которые обычно используются для разделения разных типов клеток.

Руководитель исследования отмечает, что проект продемонстрировал новую концепцию, которую в будущем можно расширить до применения в лечении заболеваний человека, связанных со старением тканей.

 

Сложности и задачи дальнейших исследований

Главной задачей на ближайшее будущее станет адаптация метода для человеческих клеток. Белки на поверхности клеток человека отличаются от мышинных, поэтому молекулы, работающие на мышах, могут не подойти для людей. Потребуется новый раунд скрининга последовательностей, чтобы найти соединения, распознающие человеческие стареющие клетки.

Еще один вызов — проверка метода на живых тканях, а не только на клеточных культурах. Исследователям нужно подтвердить, что аптамеры могут находить зомби-клетки в сложных структурах органов, не давая ложных срабатываний на здоровые ткани.

Несмотря на эти сложности, команда настроена оптимистично. Успех начального этапа показал, что подход работает, а междисциплинарное сотрудничество позволяет находить решения, которые не приходят в голову узким специалистам.

Работа клиники Мэйо стала важным шагом в изучении процессов старения и поиске методов борьбы с возрастными заболеваниями. Идея, родившаяся в случайном разговоре молодых ученых, уже доказала свою перспективность, и у исследователей есть все шансы превратить её в реально работающий медицинский инструмент в ближайшие годы.