Вчені зробили крок до того, про що ще недавно можна було лише мріяти: побачити, що відбувається з глюкозою всередині живого організму в реальному часі. Дослідники з Університету Бата створили спеціальні флуоресцентні молекули, які реагують на зміни рівня цукру, а потім перевірили їхню роботу на клітинах і живих рибках даніо.
Глюкоза є одним із головних джерел енергії для клітин. Водночас відстежити її рух безпосередньо всередині живої тканини надзвичайно складно. Звичайний аналіз крові показує концентрацію цукру, але не пояснює, які саме клітини його поглинають і як вони використовують його в конкретний момент.
Саме цю проблему команда з Університету Бата спробувала вирішити за допомогою молекулярних зондів. Їх створили на основі боронових кислот — хімічних сполук, здатних вибірково взаємодіяти з цукрами. Коли рівень глюкози змінюється, змінюється й флуоресцентний сигнал зонда.
Але найцікавіше — не сама світна молекула, а спосіб, яким дослідники її «зчитували».
Команда поєднала зонди з технологією багатофотонної флуоресцентної мікроскопії часу життя (MP-FLIM). Вона аналізує не просто яскравість світіння, а те, скільки часу триває флуоресцентний сигнал. Завдяки цьому дослідники отримали можливість створювати карти активності глюкози всередині живої системи.
Спочатку технологію протестували на клітинах у лабораторії. Потім перейшли до живих організмів — личинок рибок даніо, які широко використовуються в біомедичних дослідженнях.
Деякі зонди накопичувалися в травній системі риб, а їхнє світіння змінювалося після підвищення рівня глюкози. Це дозволило буквально спостерігати, як живий організм реагує на зміну концентрації цукру.
Ще цікавішим став експеримент із рибками, які мали мутацію, що викликає дефіцит інсуліну та модель діабетоподібного стану. Дослідники змогли відрізнити їх від здорових особин за змінами флуоресцентного сигналу.
У хворих рибок сигнал був значно слабшим, що свідчить про здатність створених зондів реагувати на метаболічні порушення безпосередньо всередині живого організму.
І тут відкривається значно ширша перспектива. Порушення обміну вуглеводів характерні не лише для діабету, а й для багатьох видів раку та інших метаболічних захворювань. Тому в майбутньому подібну платформу можна буде адаптувати для відстеження інших цукрів і метаболічних маркерів.
Це потенційно може допомогти дослідникам краще розуміти механізми хвороб, тестувати нові ліки та шукати способи раннього виявлення патологічних змін.
Втім, до появи такого методу в лікарнях ще далеко. Наразі технологію продемонстрували на клітинах і рибках даніо, а не на людях. Тому йдеться передусім про новий інструмент для біомедичних досліджень, а не про готовий тест на діабет.
Дослідження опубліковано в журналі Advanced Science. У міжнародній роботі взяли участь хіміки, фізики та біологи з Університету Бата, Університету Бірмінгема, Автономного університету Мадрида, CSIC та STFC Rutherford Appleton Laboratory.
Для наукової команди ця робота має й особливе значення: дослідження стало частиною наукової спадщини покійного професора Джона С. Фоссі, одного з провідних фахівців у галузі боронової хімії та молекулярного розпізнавання.
Якщо технологію вдасться масштабувати та адаптувати до складніших живих систем, вчені отримають можливість не просто вимірювати рівень цукру, а спостерігати за його поведінкою всередині організму. А це вже зовсім інший рівень розуміння того, що відбувається під час діабету, раку та інших метаболічних захворювань.