Istraživači iz Brigham and Women’s Hospital i Masačusetskog instituta za tehnologiju (MIT) otkrili su neviđeno detaljne slike tkiva raka mozga pomoću nove tehnologije mikroskopije nazvane patologija ekspanzije raspadanja (dEkPath). Njihovi nalazi, objavljeni u Science Translational Medicine, pružaju novi uvid u razvoj raka mozga, sa potencijalnim implikacijama za unapređenje dijagnoze i lečenja agresivnih neuroloških bolesti.
„U prošlosti smo se oslanjali na skupe mikroskope super-rezolucije koje su samo veoma dobro finansirane laboratorije mogle da priušte, zahtevale su specijalizovanu obuku za korišćenje i često su nepraktične za analize visokog protoka moždanih tkiva na molekularnom nivou“, rekao je Pablo Valdes, MD, Ph.D., student neurohirurgije u Brigamu i glavni autor studije. „Ova tehnologija donosi pouzdano snimanje u super rezoluciji u kliniku, omogućavajući naučnicima da proučavaju neurološke bolesti na nikada ranije postignutom nivou nanorazmera na konvencionalnim kliničkim uzorcima sa konvencionalnim mikroskopima.
Istraživači su se ranije oslanjali na skupe mikroskope super visoke rezolucije da bi snimili strukture nanorazmera u ćelijama i moždanom tkivu, pa čak i sa najnaprednijom tehnologijom, često su se borili da efikasno uhvate ove strukture na nivou nanosmera.
Ed Boiden, Ph.D., I. Eva Tan profesor neurotehnologije na MIT-u i ko-stariji autor ove studije, počeo je da se bavi ovim problemom obeležavanjem tkiva, a zatim ih hemijski modifikujući kako bi omogućio jednoobrazno fizičko širenje tkiva. Međutim, ova tehnologija proširenja bila je daleko od savršene. Oslanjajući se na enzime poznate kao proteaze za razbijanje tkiva, naučnici su otkrili da je ovaj hemijski tretman enzimima uništio proteine pre nego što su mogli da ih analiziraju, ostavljajući za sobom samo skelet originalne strukture, zadržavajući samo oznake.
Radeći zajedno, Boiden i E. Antonio Chiocca, MD, Ph.D., Katedra za neurohirurgiju u Brigham and Vomen’s Hospital i ko-stariji autor na ovoj studiji, mentorirali su Valdesa tokom njegove obuke kao neurohirurga-naučnika, kako bi razvili nove hemije sa dEkPath-om radi rešavanja ograničenja originalne tehnologije proširenja.
Njihova nova tehnologija hemijski modifikuje tkiva tako što ih ugrađuje u gel i „omekšava“ tkiva posebnim hemijskim tretmanom koji razdvaja proteinske strukture bez njihovog uništavanja i koji omogućava tkivima da se prošire. Ovo je pružilo uzbudljive nalaze istraživačima MIT-a i Brigama, koji rutinski koriste komercijalno dostupna antitela da se vežu i osvetle biomarkere u uzorku.
Antitela su, međutim, velika i mnogo puta ne mogu lako da prodru u ćelijske strukture da bi stigla do cilja. Sada, razdvajanjem proteina pomoću dEkPath-a, ova ista antitela koja se koriste za bojenje mogu da prodru u prostore da bi vezala proteine u tkivu kojima se nije moglo pristupiti pre ekspanzije, ističući strukture veličine nanometara ili čak ćelijske populacije koje su ranije bile skrivene.
„Ljudski mozak ima nekoliko zaštitnih mehanizama da se zaštiti od patogena i toksina iz okoline. Ali ovi elementi čine proučavanje moždane aktivnosti izazovnim. To može biti poput vožnje automobila kroz blato i kanale. Ne možemo pristupiti određenim ćelijskim strukturama u mozga zbog barijera koje stoje na putu“, rekao je E. Antonio Chiocca, MD, Ph.D., predsedavajući Odeljenja za neurohirurgiju u Brigamu. „To je samo jedan od razloga zašto bi ova nova tehnologija mogla da se tako promeni u praksi. Ako možemo da napravimo detaljnije i tačnije slike moždanog tkiva, možemo da identifikujemo više biomarkera i da budemo bolje opremljeni da dijagnostikujemo i lečimo agresivne bolesti mozga.“
Da bi potvrdili efikasnost dEkPath-a, Boiden i Chiocca-in tim primenili su tehnologiju na zdravo ljudsko moždano tkivo, tkiva visokog i niskog stepena raka mozga i moždana tkiva pogođena neurodegenerativnim bolestima, uključujući Alchajmerovu i Parkinsonovu bolest. Istraživači su obojili tkivo za biomarkere specifične za mozak i bolest i snimili slike pre i posle proširenja uzoraka pomoću dEkPath-a.
Rezultati su otkrili ujednačeno i dosledno širenje tkiva bez izobličenja, omogućavajući preciznu analizu proteinskih struktura. Pored toga, dEkPath je efikasno eliminisao fluorescentne signale u moždanom tkivu zvane lipofuscin, što otežava snimanje subćelijskih struktura u moždanim tkivima, dodatno poboljšavajući kvalitet slike. Dalje, dEkPath je obezbedio jače fluorescentne signale za poboljšano obeležavanje, kao i istovremeno obeležavanje do 16 biomarkera u istom uzorku tkiva. Naročito, dEkPath imidžing je otkrio da tumori koji su ranije klasifikovani kao „niskog stepena“ sadrže agresivnije karakteristike i ćelijske populacije, što sugeriše da bi tumor mogao postati daleko opasniji nego što se očekivalo.
Iako obećava, dEkPath zahteva validaciju na većim uzorcima pre nego što može da doprinese dijagnozi neuroloških stanja kao što je rak mozga. Valdes naglašava da, iako je još uvek u ranim fazama, njegov tim teži da ova tehnologija na kraju posluži kao dijagnostički alat, na kraju poboljšajući ishode pacijenata.
„Nadamo se da sa ovom tehnologijom možemo bolje razumeti na nanorazmeri zamršenog funkcionisanja tumora mozga i njihove interakcije sa nervnim sistemom bez zavisnosti od preterano skupe laboratorijske opreme“, rekao je Valdes koji je sada docent neurohirurgije i Dženi. Seali uvažena katedra za neuronauku na Medicinskom ogranku Univerziteta Teksas.
„Dostupnost dEkPath-a će omogućiti snimanje u super rezoluciji za razumevanje biološke obrade na nanometarskom nivou u ljudskom tkivu u neuroonkologiji i neurološkim bolestima kao što su Alchajmerova i Parkinsonova bolest, a jednog dana bi čak mogla da poboljša dijagnostičke strategije i ishode pacijenata.“
