Naujas žvilgsnis į kūną
Biologijoje ilgą laiką vyravo fragmentuotas požiūris: vieni tyrimai nagrinėjo pavienes ląsteles, kiti – organus ar viso kūno sistemas. Nors mikroskopija leidžia matyti smulkiausias detales, o vaizdiniai tyrimai atveria didesnį vaizdą, realiu laiku stebėti, kaip ląstelės komunikuoja per visą gyvą organizmą, iki šiol buvo itin sudėtinga.
Tarptautinė mokslininkų komanda pristatė metodą, kuris leidžia fiksuoti ląstelių signalus skirtinguose audiniuose ir organuose vienu metu. Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale „Nature“ ir jau dabar laikomi svarbiu žingsniu, sujungiančiu ląstelių biologiją, fiziologiją ir neuromokslus.
Kas yra WHOLISTIC metodas
Naujoji technologija pavadinta WHOLISTIC – tai viso organizmo gyvo vaizdinimo sistema, skirta registruoti audinių ir viduląstelinį aktyvumą. Sistema leidžia sekundė po sekundės sekti, kaip visame kūne kinta ląstelių signalai, suteikdama galimybę vienu vaizdu aprėpti skirtingų organų tarpusavio sąveiką.
Pirmiesiems bandymams pasirinkti natūraliai skaidrūs modeliniai organizmai – zebravisės lervos ir žuvis Danionella cerebrum, išliekanti skaidri ir suaugusi. Tokie gyvūnai laboratorijose vertinami dėl to, kad leidžia stebėti procesus gyvai, neardant audinių, o jų biologiniai mechanizmai dažnai padeda suprasti ir žmogaus fiziologiją.
„Šis darbas sujungia du fundamentalius biologijos mastelius – ląstelę ir visą organizmą – ir leidžia užpildyti iki šiol buvusią stebėjimo spragą“, – sakė neuroinformatikos mokslininkė Virginie Ruetten, viena iš metodo kūrėjų.
Kodėl pasirinktas kalcio signalas
Metodas remiasi kalcio signalizacijos stebėjimu, nes kalcis yra vienas universaliausių ląstelių „kalbos“ elementų. Kalcio jonų koncentracijos pokyčiai ląstelėse dalyvauja raumenų susitraukimuose, nervinių impulsų perdavime, ankstyvuosiuose vystymosi etapuose ir programuotoje ląstelių žūtyje.
Tyrėjai pasitelkė genetinius sprendimus, kad didelė dalis ląstelių pradėtų gaminti fluorescencinius kalcio jutiklius. Kai ląstelėje kinta kalcio lygis, jutikliai sužimba, todėl aktyvumą galima fiksuoti optiškai ir susieti su konkrečiais audiniais ar organų sistemomis.
„Kai kurių labai bazinių organizmo savybių mums tiesiog trūko, nes buvo be galo sunku pažvelgti į ląstelių atsakus tokiu mastu“, – teigė Virginie Ruetten.
Netikėti atradimai ir reikšmė medicinai
Stebėjimai jau atskleidė netikėtų reakcijų: pavyzdžiui, kremzlę formuojančios ląstelės sureagavo į šaltį, o tai leidžia naujai kelti klausimus apie audinių jautrumą aplinkai. Taip pat fiksuota, kad į tam tikras medžiagas reaguoja ne tik neuronai, bet ir smegenis dengiantys apsauginiai audiniai, vadinami smegenų dangalais.
Dar vienas svarbus rezultatas – geriau apčiuopiami viso kūno ritmai ir koordinacija, įskaitant raumenų tarpusavio sinchronizaciją bei raumenų ir organų sąveikas. Tyrėjai taip pat užfiksavo, kaip smegenų kamieno valdomi mechanizmai gali perskirstyti kraujotaką visame kūne, o tokie procesai svarbūs aiškinantis streso, temperatūros ar vaistų poveikį.
Mokslininkai tikisi, kad WHOLISTIC principu paremtas vaizdinimas bus pritaikomas ir kitose laboratorijose, o ilgainiui padės tiksliau suprasti sistemines ligas. Tarp potencialių krypčių minimi neurologiniai sutrikimai, uždegiminės būklės, vaistų poveikio vertinimas ir tyrimai, kuriuose svarbu matyti ne vieną organą, o viso organizmo atsaką.