Vedci našli na povrchu buniek skrytý cukrový podpis. Môže prezradiť, či sa v tele deje imunitná reakcia alebo nádorová zmena
Cukrový povrch buniek môže prezradiť, čo sa deje v ich vnútri. Vedci ho zmapovali v nanometrovej mierke a vidia v tom nový smer diagnostiky.
Na povrchu každej bunky v tvojom tele je vrstva, ktorú si pod bežným mikroskopom nevšimneš ako nápadný obal. Tvoria ju cukrové štruktúry a vedci jej hovoria glykokalyx. Dlho sa na ňu pozerali najmä ako na rozhranie medzi bunkou a jej okolím. Nový výskum však ukazuje, že tento cukrový povrch môže prezrádzať aj to, čo sa deje vo vnútri bunky.
Výskumníci z Max Planckovho inštitútu pre vedu o svetle použili metódu Glycan Atlasing, ktorá dokáže mapovať rozloženie vybraných cukrových štruktúr v nanometrovej mierke. Nešlo len o to zistiť, aké cukry sa na bunke nachádzajú. Dôležité bolo aj to, ako sú rozmiestnené, ako ďaleko sú od seba a aký vzor spolu vytvárajú. Práve tento molekulárny odtlačok dokázal rozlíšiť rôzne stavy buniek.
Glykokalyx sa mení spolu s tým, čo bunka práve robí
Glykokalyx si môžeš predstaviť ako hustý porast drobných molekúl na povrchu bunky. Nie je to pevná vrstva, ktorá by vyzerala stále rovnako. Keď bunka zmení svoje správanie, zmení sa aj usporiadanie cukrov na jej povrchu. Vedci to pozorovali pri imunitných bunkách, nádorových modeloch aj pri vzorkách ľudského tkaniva.
„Výsledky sú sľubným základom pre vývoj budúcich diagnostických metód, pretože Glycan Atlasing prináša spoľahlivé výsledky aj pri zložitých vzorkách,“ hovorí Leonhard Möckl, vedúci štúdie.
Metódu testovali na kultivovaných bunkách, primárnych ľudských krvných bunkách aj na tkanivových vzorkách. Ukázalo sa, že cukrový povrch bunky nenesie len všeobecnú informáciu o tom, či je bunka zdravá alebo poškodená. V niektorých prípadoch dokázal zachytiť jemnejšie rozdiely, napríklad aktiváciu imunitných buniek, zmeny súvisiace s nádorovým vývojom či rozdiel medzi nádorovou a nenádorovou časťou tkaniva.
Imunitné bunky po aktivácii menia svoj cukrový povrch
Jedna z dôležitých častí výskumu sa týkala imunitných buniek. Keď ich vedci aktivovali, teda navodili stav podobný tomu, keď sa zapájajú do imunitnej odpovede, nezmenilo sa len ich vnútorné správanie. Rýchlo sa prestaval aj ich cukrový povrch. Výskumníci to pozorovali pri NK bunkách, CD4+ T bunkách aj neutrofiloch.
Neprehliadni
To je podstatné preto, že glykokalyx sa tu neukázal ako pasívny obal. Skôr pôsobí ako dynamická štruktúra, ktorá sa mení spolu s tým, ako bunka reaguje na podnety. Pre vedcov to otvára otázku, či by sa podľa týchto povrchových vzorov dalo raz presnejšie sledovať, ako silno je imunita aktivovaná alebo ako bunky reagujú na liečbu.
Rakovina nemení len bunku zvnútra, stopu necháva aj na jej cukrovom povrchu
Pri nádorových vzorkách bolo dôležité najmä to, že rozdiel nebol len v prítomnosti konkrétnych cukrových štruktúr. Rozhodovalo aj ich presné rozmiestnenie. Vedci dokázali v ľudskom prsnom tkanive odlíšiť oblasti s nádorovými bunkami od nenádorových častí podľa toho, aký priestorový vzor vytváral cukrový obal buniek.
Pri rakovine sa už dlhšie vie, že glykozylácia, teda spôsob, akým sú bunky pokryté cukrovými štruktúrami, sa môže meniť. Nová metóda však nejde len po množstve týchto molekúl. Sleduje ich architektúru v nanometrovej mierke. Inak povedané, nejde len o to, čo je na povrchu bunky, ale aj o to, ako je to usporiadané.
Štúdia zároveň ukazuje, že glykokalyx výrazne mení aj proces EMT. Ide o stav, pri ktorom bunka stráca časť svojich pôvodných vlastností a získava pohyblivejšie správanie. Pri nádoroch je to dôležité, pretože podobné zmeny môžu súvisieť s agresivitou nádoru a jeho schopnosťou šíriť sa.
Vedci čítali cukrový povrch bunky v nanometrovej mierke
Za metódou stojí kombinácia superrozlišovacej mikroskopie, chemického značenia a molekúl, ktoré sa viažu na vybrané glykanové štruktúry. Vedci najprv označia konkrétne ciele na povrchu bunky a potom sledujú, kde presne sa nachádzajú. Výsledkom nie je bežná fotografia bunky, ale mapa molekulárnych pozícií.
Pri technike DNA PAINT sa signál z označených štruktúr objavuje v krátkych zábleskoch. Počítač z nich následne vypočíta polohu sledovaných miest s nanometrovou presnosťou. Z takto získanej mapy potom vedci hľadajú vzory, ktoré sa opakujú pri konkrétnych bunkových stavoch.
Zatiaľ nejde o test pre nemocnice, metóda má praktické limity
Autori štúdie sami upozorňujú, že Glycan Atlasing ešte nie je pripravený na bežnú diagnostiku. V tejto práci sledovali šesť vybraných glykanových cieľov. To stačilo na rozlíšenie viacerých bunkových stavov, no povrch bunky je v skutočnosti oveľa zložitejší.
Problémom je aj náročnosť celého postupu. Metóda vyžaduje špecializované značenie, superrozlišovaciu mikroskopiu, presnú analýzu dát a veľa odbornej práce. Ak sa má raz dostať bližšie ku klinickej praxi, bude ju potrebné zautomatizovať, zrýchliť a overiť na väčšom počte vzoriek.
„Vo veľkých štúdiách chceme zistiť, ktoré povrchové vzory súvisia s konkrétnym priebehom choroby alebo s odpoveďou na liečbu. Cieľom je, aby sa bunkové stavy dali zachytiť skôr a objektívnejšie priamo cez povrch bunky,“ vysvetľuje Möckl.
Povrch bunky môže raz ukázať viac než jej samotný vzhľad
Podstatné na tomto výskume nie je to, že by zajtra nahradil bežné vyšetrenia. Ukazuje však, že povrch bunky obsahuje informácie, ktoré sme doteraz nevedeli čítať dostatočne presne. Ak sa tieto vzory podarí spoľahlivo zachytiť, lekári by raz nemuseli sledovať len to, ako bunka vyzerá pod mikroskopom, ale aj to, v akom stave sa práve nachádza.
Pri nádoroch by to mohlo byť mimoriadne dôležité. Dva nádory môžu na prvý pohľad vyzerať podobne, no ich bunky sa môžu správať odlišne. Funkčný odtlačok na povrchu bunky by preto mohol priniesť ďalšiu vrstvu informácií, najmä pri určovaní priebehu choroby alebo reakcie na liečbu.
Zatiaľ je to stále práca pre špičkové laboratóriá, nie pre bežnú ambulanciu. No smer je jasný. Bunky nemusia prezrádzať svoj stav len tvarom, rastom alebo genetickými zmenami. Časť odpovede môže byť napísaná aj na ich povrchu, v cukrových vzoroch, ktoré sme sa len teraz začali učiť čítať.
