Un „cod de bare” molecular identifică celulele senescente din țesuturile îmbătrânite
Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au dezvoltat o metodă neinvazivă de detectare a biomarkerilor senescenței celulare, bazată pe microscopia Raman combinată cu date de expresie genică la nivel de celulă unică. Studiul, publicat în Nature Aging, a fost realizat pe celule de șoarece, iar echipa lucrează în prezent la adaptarea metodei pentru țesut uman.
Pe măsură ce îmbătrânim, unele celule intră într-o stare de senescență: nu se mai divid, dar nu mor. Aceste celule senescente pot contribui la afecțiuni legate de vârstă, precum cancerul, degenerarea țesuturilor și bolile inflamatorii. Sistemul imunitar are rolul de a elimina astfel de „celule zombie”, însă procesul devine mai puțin eficient cu vârsta. Acumularea lor este asociată cu pielea lăsată, slăbiciunea musculară și afecțiuni cronice precum artroza și diabetul de tip 2.
Senescența nu este însă doar o condiție patologică. Ea joacă un rol critic în dezvoltarea embrionară și în regenerarea țesuturilor, motiv pentru care cercetătorii subliniază necesitatea unei înțelegeri comprehensive a acestui proces.
Combinația dintre microscopia Raman și secvențierea spațială a ARN
Până acum, oamenii de știință au identificat câțiva biomarkeri ai senescenței, inclusiv proteinele p16 și p21, implicate în oprirea ciclului celular. Totuși, aceste proteine pot fi detectate doar printr-un proces care distruge celulele. Microscopia Raman, în schimb, este o tehnică nedistructivă ce relevă compoziția chimică a țesuturilor prin iluminarea lor cu lumină vizibilă sau în infraroșu apropiat.
În noul studiu, cercetătorii au folosit microscopia Raman împreună cu secvențierea spațială a ARN — o tehnică ce arată unde sunt active genele într-un țesut — pentru a identifica noi markeri ai senescenței. Prin combinarea celor două metode, au obținut o imagine mai amplă a caracteristicilor distinctive ale celulelor senescente, incluzând nivelurile de expresie genică, localizarea spațială și alte informații biochimice.
Echipa a examinat țesuturi de piele și plămân de la șoareci de 2 luni și de 26 de luni. Una dintre cele mai dramatice modificări observate în ambele tipuri de țesut a fost creșterea sintezei de lipide în celulele bătrâne, însoțită de acumularea de lipide. Cercetătorii nu știu încă modul în care acest lucru afectează fiziologia celulelor.
Studiul a relevat și efecte specifice fiecărui țesut. În celulele senescente ale pielii, au fost afectate semnificativ căile celulare asociate cu contracția musculară și cu remodelarea colagenului și a matricei extracelulare. În țesutul pulmonar îmbătrânit, cercetătorii au constatat o activitate crescută a genelor implicate în activarea imunitară și inflamație.
Un „cod de bare” pentru identificarea celulelor senescente
Pe baza acestor date, cercetătorii au identificat combinații de vârfuri Raman corelate cu senescența. Aceste vârfuri, care reprezintă legături chimice specifice, sunt asociate cu prezența anumitor lipide, proteine sau alte molecule.
Prin combinarea celor mai importanți descriptori Raman cu cele mai relevante semnături genice, echipa a creat un „cod de bare” care poate ajuta la identificarea celulelor senescente într-un mod mai obiectiv. Folosind acest cod, ar putea fi suficientă examinarea anumitor benzi ale spectrului Raman pentru a detecta celulele senescente, ceea ce ar putea deschide calea către diagnostice capabile să identifice celulele care au devenit senescente.
Pentru a face acest lucru posibil, cercetătorii lucrează în prezent la o versiune de viteză superioară a sistemului lor de imagistică Raman. În acest moment, analiza unui eșantion de țesut de aproximativ un milimetru pătrat durează circa 30 de ore, însă echipa speră să dezvolte un sistem care să poată extrage rapid codurile de bare Raman identificate din eșantioane mai mari.
„Vă puteți imagina că într-o zi am putea dezvolta un endoscop care să privească în interiorul corpului și să identifice senescența celulară”, a declarat Jeon Woong Kang, cercetător la MIT și unul dintre autorii seniori ai studiului.
Cercetarea face parte dintr-o inițiativă a National Institutes of Health numită Cellular Senescence Network, care urmărește o înțelegere mai profundă a senescenței în speranța dezvoltării unor terapii capabile să combată efectele distructive ale celulelor senescente asupra țesuturilor.
