Pracovníci Laboratoře pokročilé optické mikroskopie na 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy pod vedením Josefa Lazara učinili významný posun v možnostech, jak optickými mikroskopy pozorovat molekulární procesy v živých buňkách. Již dříve přišli na to, jak pomocí speciálních molekulárních biosenzorů sledovat procesy buněčné signalizace medicínsky významných bílkovin zvaných arrestiny. V článku publikovaném v prestižním vědeckém časopisem Science Advances vědecký tým ukázal, že tyto biosenzory lze upravit tak, aby umožňovaly sledovat řadu dalších medicínsky významných buněčných procesů.
Molekulární biosenzory vyvinuté týmem Josefa Lazara využívají fluorescentních bílkovin, které jsou upravené tak, aby se navázaly na cílovou sledovanou molekulu. Procesy, kterých se daná molekula účastní, vedou ke změnám tvaru molekul biosenzoru, a ty způsobí změnu orientace jejich fluorescentní části. „Molekulární biosenzory se chovají jako miniaturní antény – změny orientace jejich fluorescentních částí jsou totiž pozorovatelné pomocí speciálního mikroskopu, který jsme zkonstruovali,“ přibližuje doktor Lazar.
Kromě možnosti široké volby pozorovaných molekulárních pochodů mají tyto biosenzory, autory zvané FLIP, oproti jiným existujícím biosenzorům i další výhody. Vykazují vysokou citlivost a rychlost odpovědi, nevyžadují žádnou modifikaci cílových molekul a jejich pomocí lze získávat i informace o struktuře sledovaných molekul, a to přímo v živých buňkách. „Pomocí nově vyvinutých biosenzorů lze prostřednictvím optického mikroskopu pozorovat mimo jiné molekulární aktivitu tzv. G proteinových receptorů, klíčových například pro správnou funkci kardiovaskulárního systému, nervového a imunitního systému, nebo pro udržování tělesné hmotnosti. Pozorovat lze i molekulární buněčné procesy spouštěné inzulínem, jehož funkce je narušená při diabetu, vysvětluje Josef Lazar a doplňuje: „Nově popsané biosenzory lze dále modifikovat tak, aby byly schopné detekovat i další molekulární procesy. Lze proto očekávat, že již tak široký rozsah jejich aplikací bude v budoucnu dále narůstat.“
3D rekonstrukce buněk a tkání
Tým doktora Lazara ve spolupráci s týmem profesora Petera Dedeckera na Katolické univerzitě v Lovani a soukromým sektorem vyvinul též nový, extrémně rychlý a citlivý mikroskop pro pozorování biosenzorů typu FLIP. Mikroskop umožňuje pozorovat biosenzory s časovým rozlišením až několika tisícin sekundy a také vytvářet detailní 3D rekonstrukce pozorovaných buněk a tkání. Vědci doufají, že díky širokým možnostem uplatnění nově vyvinutých molekulárních biosenzorů naleznou jejich výsledky jak vědecké, tak komerční uplatnění.
Tým Josefa Lazara nyní začíná možnosti nebývale rychlého 3D zobrazování molekulárních procesů využívat například při studiu tzv. organoidů, tj. miniaturních, cca 1 milimetr velkých laboratorně vytvořených mnohobuněčných útvarů, které jsou svou strukturou i funkčními vlastnostmi podobné skutečným orgánům. „Organoidy se v současnosti jeví jako velmi perspektivní modelové laboratorní systémy umožňující studium molekulárncíh procesů důležitých v mnoha různých chorobách. Organoidy se ale též jeví velmi slibné pro vývoj nových léčiv, a to i léčiv přesně cílených pro specifické populační skupiny v personalizované medicíně,“ říká Josef Lazar z Laboratoře pokročilé optické mikroskopie na 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy.
mal