Multiplexní ultrazvukové zobrazování genové exprese

Souhrn

Výzkumníci vyvinuli dva nové akustické reportérní geny (ARG), které umožňují multiplexní ultrazvukové zobrazování genové exprese. Díky rozdílným akustickým odezvám na tlakové podněty lze nyní rozlišovat různé buněčné populace nebo stavy – například různé kmeny probiotik v gastrointestinálním traktu myší nebo nádorové kolonizující bakterie in vivo.

Klíčové body

Dosavadní ARG umožňovaly pouze jednotónové ultrazvukové zobrazování.
Nové ARG byly vytvořeny kombinací racionálního návrhu proteinů a řízené evoluce.
Rozlišení je založeno na rozdílných tlakových odezvách bublinek generovaných těmito geny.
Metoda byla ověřena in vitro i in vivo – včetně sledování probiotik a terapeutických bakterií v myších.
Tento přístup otevírá cestu k „dvoutónovému“ ultrazvuku, analogicky k vícebarevné fluorescenční mikroskopii.

Podrobnosti

Ultrazvukové zobrazování má výhodu hluboké penetrace tkání (až několik centimetrů) a vysoké časové rozlišení, ale dosud chyběla možnost multiplexace – tedy současného sledování více biologických procesů. Fluorescenční reportérní geny, jako je GFP a jeho deriváty, umožňují vícebarevné zobrazování, avšak jen v povrchových nebo ex vivo tkáních kvůli rozptylu světla. Nové akustické reportérní geny řeší tento problém pro ultrazvuk. Každý z nových ARG kóduje protein, který v buňkách vytváří mikrobubliny s odlišnou mechanickou odezvou na ultrazvukový tlak. Tyto rozdíly lze detekovat pomocí speciálně upravené ultrazvukové aparatury, což umožňuje rozlišit dvě různé genové exprese ve stejném organismu. Výzkumníci úspěšně použili tuto techniku k rozlišení dvou bakteriálních kmenů v kultivaci a ke sledování dvou subpopulací probiotik v trávicím traktu myší. Dále ukázali možnost monitorovat terapeutické bakterie kolonizující nádory.

Proč je to důležité

Tento pokrok rozšiřuje možnosti molekulárního zobrazování v hlubokých tkáních bez nutnosti ionizujícího záření nebo omezení optických metod. Multiplexní ultrazvuk může v budoucnu umožnit sledování interakcí mezi různými buněčnými populacemi – například imunitních buněk a nádorových buněk – v reálném čase u živých organismů. I když se jedná o základní výzkum bez okamžité klinické aplikace, otevírá cestu k vývoji „akustické palety“ podobné fluorescenční, což by mohlo zásadně ovlivnit preklinický výzkum a vývoj terapeutik.

Číst původní článek

Zdroj: 📰 Nature.com