Уникальный нано-измеритель уровня кислотности живой клетки поможет выяснить механизм воспалительных и онкологических процесс

Уникальный нано-измеритель уровня кислотности живой клетки поможет выяснить механизм воспалительных и онкологических процессов

Международный коллектив ученых НИТУ "МИСиС", Имперского колледжа Лондона, университета Каназава (Япония), МГУ разработали нано-зонд для 3D картирования pH (уровня кислотности) живой клетки с пространственным разрешением 50 нанометров. Уникальный инструмент может применяться при глубинном исследовании и понимании механизма процессов метастазирования рака, течения язвенной болезни желудка, воспалительных явлений в организме человека и других биологических систем. Результаты работы представлены в международном научном журнале Nature Communications.

Жизнедеятельность клеток организма требует поддержания относительно постоянной нейтральной внеклеточной микросреды. Известно, что внеклеточное закисление, сдвиг уровня pH в кислую сторону, происходит в ходе воспалительных процессов и в условиях развития опухолей.

Более того, кислотная межклеточная среда может способствовать метастазированию опухоли и сама по себе стимулировать воспалительные реакции. Поэтому точное измерение уровня локального внеклеточного pH необходимо ученым для исследования механизмов развития патологий и поиска путей их решения.

Ученые разработали нано-зонд, который позволяет с пространственным разрешением до 50 нанометров и со скоростью до 2 милисекунд мониторить уровень pH живых клеток. Он не требует предварительного введения в ткань или клетку флуоресцентных меток, нетоксичен и безопасен для обследуемого организма. При этом его устройство представляет собой довольно сложный и тонкий механизм.

"Основной функциональный элемент прибора представляет собой нано-сенсор, который получен "сшиванием" глюкозооксидазы и поли-1-лизина на кончике стеклянного нанокапилляра и в итоге образует рН-селективную наномембрану с чувствительностью выше 0,01 единиц. Этот сенсор способен к быстрому реагированию (до ~ 2 мс) и уникально высокому пространственному разрешению (~ 50 нм). Микроскопическая мембрана была интегрирована в двухканальный стеклянный нанозонд, объединяющий измерение pH с дистанционным контролем с обратной связью с помощью сканирующей ион-проводящей

микроскопии", - рассказывает один из соавторов работы, сотрудник лаборатории "Сканирующей ион-проводящей микроскопии" под руководством профессора Корчева Ю.Е. в НИТУ "МИСиС" к.ф.-м.н Александр Ерофеев.

В результате исследователи получили технологию, на основе которой можно проводить одновременную 3D-топографию и мониторинг кислотности живых клеток, например, клеток раковой опухоли, слизистой желудка, клеток сердца и тд. На выходе можно получать трехмерное изображение участка живой ткани и даже отдельных клеток с показаниями локальных значений уровня кислотности среды.

Результаты научной работы могут иметь решающее значение для понимания роли pH в клеточной активности и, в свою очередь, его значения в диагностике и лечении рака, а также возникновения и течения многих воспалительных процессов.

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" в 2018 году отметил 100-летие со дня основания Московской горной академии, преемником которой является. Сегодня НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по десяти направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" находится в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нано- и ИТ-технологий. В состав университета входит 9 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учатся более 17000 обучающихся из 75 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие ученые России и мира. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими российскими и зарубежными высокотехнологичными компаниями.