В объективе — время

Современные физики говорят, что мы живем в многомерном мире – 11-мерном, согласно М-теории. Однако, чтобы осознать эти измерения, все-таки нужно быть физиком, простому человеку доступны три, а простому человеку с воображением – четыре.

А нужно ли четвертое измерение как критерий эксперимента в биологии и медицине?

Мы с вами уже много раз говорил о том, что каждая клетка нашего организма существует в контексте своего микроокружения, от которого она всецело зависит. Как только мы удаляем ее из ткани и переносим в питательную среду или под микроскоп для эксперимента in vitro – она немедленно меняет свои свойства. Не только форму, но и фенотип и работу своего генетического аппарата.

Именно поэтому сейчас создаются и тестируются многочисленные трехмерные органоиды – искусственные биомиметические ткани, которые моделируют настоящие или максимально приближенные к реальности условия обитания клетки. Подробнее об этом почитайте в статье «Прощай, плоская биология».

Однако, помимо геометрии и состава микроокружения – в экспериментах ex vivo (извлечение из живого) есть еще один важный недостаток. Как только вы выделяете клетку – вы прерываете процесс, протекавший во времени.

Представьте, что вы сфотографировали закипающую в кастрюле воду.

закипающая вода

Следует ли из этой фотографии, что вода закипит? Следует ли из нее, что она будет кипеть достаточно долго, чтобы в ней можно было что-то сварить? А может – вода не закипает, а наоборот – остывает?

По одной фотографии можно только догадываться. Именно это и происходит в экспериментах ex vivo. Исследователь трактует результат в контексте общей картины. Но он может заблуждаться. Вот простой пример. Посмотрите на эту фотографию – на ней макрофаг находится в тесном контакте с двумя опухолевыми клетками.

опухолевый макрофаг

О чем подумает исследователь? О том, что макрофаг, вероятно, пытается их убить и фагоцитировать. Однако, посмотрим на эту компанию в 4 измерении.

опухолевый макрофаг

Оранжевый контур – макрофаг, белые контуры – опухолевые клетки. Наблюдение в динамике показывает, что они не стоят на месте (что было бы характерно для фагоцитоза), они двигаются. Причем вместе и скоординированно.

Дальнейшие эксперименты показывают, что макрофаг «расчищает» дорогу для опухолевой клетки во внеклеточном матриксе, вырабатывая вещества (например, epidermal growth factor), которые помогают ей пробираться сквозь нити матрикса, применяя амебоидное движение.

амебоидное движение макрофага

Он фактически «эскортирует» опухолевую клетку к ближайшему кровеносному или лимфатическому сосуду для метастазирования.

Не надо думать, что это какой-то макрофаг-предатель, нет, хотя его называют tumor-associated macrophage. На самом деле, это обычный М2-макрофаг, который заведует у нас заживлением ткани после перенесенной инфекции. Только в данном случае – он «застрял» в этом состоянии дольше положенного.

А теперь вопрос – а как мы увидели живой двигающийся макрофаг в толще ткани? Это же не в монослое происходит, а в живом организме. Подобные фотографии стали возможны благодаря новому методу микроскопии, набирающему обороты последние 15 лет – двух-фотонная лазерная сканирующая микроскопия.

Большинство современных методов микроскопии не позволяют наблюдать процессы на глубине свыше 200-300 микрон. Двухфотонная микроскопия позволяет взглянуть на 1 миллиметр в глубину живой перфузируемой ткани животного, находящегося под анестезией.

Как это работает?

Импульсы лазера фокусируют на изучаемом участке ткани. В ткань вводятся молекулы – флюорофоры, которыми можно прицельно «пометить» интересующие нас клетки. Когда два фотона одновременно попадают на флюорофор, они возбуждают его и вызывают эмиссию еще одного фотона с более низкой длиной волны. Этот третий фотон можно зарегистрировать и транслировать в изображение.

двух-фотонный микроскоп

Используя разные флюорофоры для разных клеток, вы можете следить за их взаимодействием в динамике. Двухфотонный микроскоп – это очень сложный прибор –

двухфотонный микроскоп

…но для изучения иммунной системы этот метод открывает по-настоящему новые возможности.

Главная «фишка» иммунитета человека – это его адаптивные способности, ключевым моментом в реализации которых является антигенная презентация. Контакты лимфоцитов с АПК происходят в лимфоидной ткани и лимфатических узлах – тканях, которые, в принципе, доступны для двух-фотонной микроскопии.

Длительность контакта имеет значение

Т-лимфоциты очень подвижны, они рассекают по тканям со скоростью 10-15 мкм в минуту и постоянно сканируют наш организм на наличие чужеродных или собственных измененных антигенов. В случае взаимодействия Т-клетки со специфичным ей «плохим» антигеном – между лимфоцитом и АПК или клеткой-мишенью возникает плотный контакт – его называют иммунный синапс.

иммунный синапс

Красная клетка – лимфоцит, синяя – АПК. Зеленое – молекулы, участвующие в контакте.

На молекулярном уровне иммунный синапс – это взаимодействие Т-клеточного рецептора с комплексом MHC/антиген, а также рецепторов и лигандов ко-стимулирующих и ингибирующих активацию молекул.

Контакт между клетками – главное условие антигенной презентации. Главное, но не единственное. Есть еще одна переменная, определяющая – будет ли лимфоцит активирован, или, наоборот, впадет в анергию.

От момента взаимодействия между Т-клеточным рецептором и комплексом на мембране антиген-презентирующей клетки до полноценной активации лимфоцита проходит несколько часов. И это не дискретный процесс вроде «вкл-выкл», все это время в лимфоците происходят молекулярные события, которые накапливаясь и формируют «достаточную» для функционирования активность.

Несколько часов, например, нужны для того, чтобы наивная Т-клетка приобрела возможность синтезировать интерлейкин-2 – ключевой цитокин, с которого начинается реализация адаптивного иммунного ответа. Достаточно долгая активация PI3K переводит ядро клетки в режим пролиферации.

Применение двух-фотонной микроскопии позволило выявить два типа контакта между Т-лимфоцитами и АПК – иммунный синапс (продолжительный контакт) и иммунный кинапс – непродолжительный, мобильный контакт между клетками. Существует гипотеза, что кинапс формирует не активирующий, а толерогенный сигнал. Его Т-лимфоцит получает много раз ненадолго «прикасаясь» к нормальным антигенам ткани, экспрессированным на многих клетках.

Как именно это работает – будем разбираться. А пока можно уже признать, что время – это важный регулирующий фактор живых систем, и нам пора узнать его получше.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.