Совместная группа химиков и инженеров из Michigan Tech закладывает основу для этого видения в двух новых статьях. В журнале «Химические коммуникации» Королевского химического общества команда объясняет фундаментальную науку, лежащую в основе многоцветных зондов, которые позволяют нацеливать переносчик фруктозы, имеющий отношение к раку, и углубляется в обнаружение раковых клеток на основе изображений. В журнале Biosensors команда рассматривает приложения для обнаружения рака груди и дифференциации доброкачественных, предраковых и злокачественных раковых клеток.
Два исследователя из Мичиганского технологического института сотрудничали в исследованиях. Марина Танасова, доцент кафедры химии, и Смита Рао, доцент кафедры биомедицинской инженерии, превратили 10-минутную рабочую встречу в двухлетнее сотрудничество, построенное на крошечном флуоресцентном зонде, который ищет переносчик фруктозы под названием GLUT5.
Клеткам нужны углеводы; вспомогательные переносчики глюкозы (GLUT) переносят питательные вещества в клетки и из них.
Когда происходят метаболические колебания – скажем, из-за развития рака – общий состав GLUT изменяется так, что более или менее активны GLUT. Переносчики фруктозы, такие как GLUT5, представляют особый интерес из-за прямой связи между потреблением фруктозы и развитием рака, которая также изменяется по мере прогрессирования рака и становится злокачественной.
В своей статье «Химические коммуникации» Танасова и команда Рао сообщают о разработке и валидации флуоресцентных зондов, называемых ManCous, для наблюдения за активностью GLUT5 в клетке; они также документируют разноцветную флуоресценцию, которая отличает богатые GLUT5 клетки от клеток, дефицитных по GLUT5. В последующем документе о биосенсорах приводится доказательство принципа использования этих зондов в качестве инструментов для оценки и сравнения GLUT5 и метаболической активности различных типов клеток, включая нормальные клетки и различные подтипы рака.
«Мы подошли к основному скринингу клеточного состава GLUT, который позволяет одновременно выявлять рак и определять его тип», – говорит Танасова; добавив, что, хотя концепция элегантна, разработать технологию непросто. "От фундаментальной науки к применению предстоит многое изменить."
Благодаря лучшему пониманию науки, лежащей в основе транспортеров сахара, команда более оснащена для создания технологии, которая фиксирует точный и точный отпечаток GLUT раковых клеток.
«Этот зонд похож на швейцарский армейский нож», – говорит Рао, объясняя, что обнаружение рака – не единственное применение зонда. "Чем больше мы узнаем о раке с помощью этих зондов, тем больше у нас возможностей применить их, что означает больше шансов вылечить различные виды рака, надеюсь вылечить их и, по крайней мере, предотвратить их распространение и максимизировать доставку лекарств."
Что делает зонд таким универсальным, так это его способность не только искать и выделять раковые клетки, но и выявлять метаболические нюансы на разных стадиях развития рака. В то время как рак обычно поглощает фруктозу, GLUT5 и метаболическая активность незлокачественных, предзлокачественных и злокачественных клеток рака груди действительно различаются, что Рао, Танасова и их команда исследовали в статье о биосенсорах.
Они обнаружили, что зонды ManCou позволяют проводить параллельный анализ и количественную оценку GLUT5 и метаболической активности клеток сразу после 10-минутного инкубационного периода. Заметные различия в интенсивности флуоресценции, наблюдаемые между нормальными клетками и раковыми клетками, а также между разными типами рака, обеспечивают важные точки дифференциации между разными типами клеток и делают эти зонды многообещающими инструментами для обнаружения и диагностики рака.
Исследование все еще находится на ранней стадии, но Танасова и Рао имеют четкое видение следующих шагов проекта. Работа ведется совместно и строится вместе с усилиями их соавторов, в том числе докторантов Шриниваса Каннана и Вагаршака Бегояна, научного сотрудника ?ukasz J. Везели?кататься на лыжах вместе с аспирантами Джозефом Феди, Шуай Ся и студенткой Алексис Ферье.
Сотрудничество продолжается. Бригада химиков – Танасова, Бегоян и Везели?Ski – планирует глубже погрузиться в мир транспортеров фруктозы, чтобы расширить свои выводы о GLUT5 и предоставить доступ к зондам, нацеленным на другие GLUT.
Есть много материала для визуализации и количественной оценки каждого переносчика GLUT в клеточной мембране. Команда биомедицинских инженеров – Рао и Каннан – сосредоточена на оценке многочисленных применений этих датчиков, включая стандартный анализ биопсии, и внедрение этой технологии в клиническую практику посредством разработки устройства для обнаружения рака на месте оказания медицинской помощи.
По словам Рао, команда формирует свои блоки Lego, чтобы они могли строить их в будущем.
Усовершенствование методов выявления и лечения заболеваний остается движущей силой этого междисциплинарного сотрудничества. Общая идея по-прежнему сосредоточена на использовании транспортеров сахара в качестве шлюза для лучшего понимания природы рака.