Глюкоза используется в качестве источника энергии почти всеми формами жизни, от бактерий до человека. Поглощение глюкозы клетками точно отражает их энергетические потребности и плохо регулируется при многих патологических состояниях, таких как ожирение, диабет и рак. Чтобы визуализировать этот важный процесс, за последние несколько десятилетий было разработано несколько выдающихся методов. Меченная радиоактивным фтором-18 глюкоза ФДГ широко применяется в клинической диагностике рака для определения метаболических горячих точек в организме человека с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
Магнитно-резонансная томография (МРТ) недавно продемонстрировала визуализацию глюкозы в опухолях мышей. Хотя оба метода находят широкое применение в клинической практике, они не обладают достаточным пространственным разрешением для визуализации поглощения глюкозы отдельными клетками.
Чтобы отобразить активность поглощения глюкозы на клеточном уровне, были разработаны аналоги глюкозы, меченные флуоресцентными красителями. К сожалению, добавление флуорофоров к глюкозе изменяет ее химические свойства. Более того, флуоресцентные красители всегда больше самой глюкозы.
Следовательно, большинство флуоресцентных аналогов глюкозы имеют нежелательные взаимодействия в клетках и тканях, которые могут искажать истинное распределение глюкозы.Чтобы преодолеть эти проблемы, Мин и его команда разработали новый способ визуализации активности поглощения глюкозы внутри отдельных клеток на основе визуализации с использованием стимулированного комбинационного рассеяния (SRS) и продемонстрировали его использование в живых раковых клетках, тканях ксенотрансплантата опухоли, первичных нейронах и тканях мозга мыши. . Связывание SRS с алкиновыми метками ранее сообщалось той же группой в качестве общей стратегии для визуализации малых биомолекул.
В частности, глюкоза помечена небольшой алкиновой меткой (то есть тройной углерод-углеродной связью) для генерации сильного и характерного сигнала комбинационного рассеяния света в области, которая в остальном молчит, которую можно уловить с помощью микроскопа SRS с высокой чувствительностью и специфичностью для получения количественная карта концентрации в трех измерениях.Этот метод позволяет различать линии раковых клеток с различной метаболической активностью и выявляет гетерогенные паттерны поглощения в нейронах, тканях мозга мышей и опухолевых тканях с четкими межклеточными вариациями.
Граница между областью пролиферации опухоли и областью некроза может быть четко визуализирована вплоть до отдельной клетки с резким контрастом в активности поглощения глюкозы.«Предлагая явное преимущество субклеточного разрешения и избегая нежелательного влияния флуоресцентных красителей, мы считаем, что наш метод может дополнить ФДГ в клинической ПЭТ-визуализации для визуализации активности поглощения глюкозы на клеточном уровне», — говорит ведущий автор Фанхао Ху, доктор философии. Д. кандидат химии.
В настоящее время команда Мин работает над применением этого метода для визуализации динамики поглощения глюкозы у мышей. «Мы ожидаем, что наш новый метод станет привлекательным инструментом для изучения энергетических потребностей живых систем с субклеточным разрешением, — говорит Мин, — особенно для мозга и злокачественных опухолей, которые требуют большого количества энергии».