Spaudos centras
Spaudos centras
Ar galima ligas diagnozuoti žvelgiant į tai, kaip tiršta mūsų ląstelių viduje? Atsakymo į šį klausimą ieško Nacionalinio vėžio instituto Biomedicininės fizikos laboratorijos tyrėjas ir Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro (VU GMC) doktorantas Džiugas Jurgutis. Jis aiškinasi, kaip mikroklampa – ląstelės vidinės aplinkos tirštumas – kinta vystantis vėžiui, Alzheimerio ligai ar net diabetui. Pasitelkęs pažangius fluorescencinius metodus, Dž. Jurgutis kuria mikroskopinius žemėlapius, leidžiančius pamatyti tokius pokyčius ląstelėse, kokių neįmanoma pamatyti kitais būdais. Kol kas tai – fundamentiniai tyrimai, tačiau jų rezultatai galėtų padėti sukurti tikslesnius ir ankstyvesnius diagnostikos metodus.
Jeigu labai susimažintume ir panertume į ląstelę – kas ten mūsų lauktų? Ką pamatytume? Koks ten klampumas?
Pojūtis tikriausiai būtų toks, tarsi plaukiotume šiek tiek praskiestame kisieliuje. Aplink mus – daugybė įvairaus dydžio keistų formų darinių, kurie vis atsitrenkia, juda chaotiškai. Jei turėtume specialią įrangą su šviesos šaltiniu, viskas atrodytų dar gražiau – galėtume matyti pačių ląstelių švytėjimą – autofluorescenciją, kurią sukelia specifinės molekulės. Jeigu dar panaudotume fluorescencinius dažus, vaizdas primintų naktinį miestą – su mikroskopiniu šurmuliu ir aplink judančiomis organelėmis, kurios primintų pastatus. Judėjimas ten tikrai chaotiškas. Bet jeigu sumažėtume iki tokio dydžio, tikėtina, kad beveik nieko nematytume – tokiu atveju mūsų akys būtų per mažos pamatyti tokius smulkius dalykus.
Vadinasi, organelės nėra statiškos? Pavyzdžiui, mitochondrijos – ar jos migruoja visą ląstelės gyvavimo laiką?
Tikrai taip, dauguma organelių, pavyzdžiui, endosomos, lizosomos, lipidiniai lašeliai, yra dinamiškos struktūros. Ne išimtis ir mitochondrijos – jos gali būti transportuojamos citoskeleto struktūromis į skirtingas ląstelės vietas priklausomai nuo ląstelės būsenos ar energijos poreikio. Įdomu tai, kad organelių funkcijos gali kisti priklausomai nuo to, kokioje aplinkoje ir šalia kokių kitų organelių atsiduria. Ląstelės netgi gali pasidalinti mitochondrijomis viena su kita ir taip reguliuoti savo ir kitų ląstelių metabolinį aktyvumą.
Ar ląstelė yra tankiai užpildyta? Ar viskas joje juda glaudžiai, ar dar yra kokios nors „laisvos vietos“?
Tikrai gana tankiai. Visur – organelės, baltymai, lipidinės ir citoskeleto struktūros. Svarbiausia, kad viskas nuolat juda, kinta, vyksta daugybė įvairių reakcijų, sąveikų tarp molekulių.
Kodėl mums svarbu žinoti, kad kai kurios ląstelės vietos ar dalys yra klampesnės už kitas?
Mikroklampa – vienas iš pagrindinių ląstelės vidinės aplinkos parametrų, kaip ir temperatūra. Visi procesai, kuriuos valdo difuzija, priklauso nuo mikroklampos ir jos pokyčių. Kiekviena organelė, net atskiros jos sritys, gali turėti savitą mikroklampą. Tačiau mus domina ne tiek skirtingų vietų klampumo palyginimas, kiek pokyčiai – kaip klampa kinta vykstant įvairiems procesams.
Pavyzdžiui, diferenciacijos metu, kai kamieninė ląstelė virsta visai kito tipo ląstele, mikroklampa gali kisti. Tas pats vyksta ir ląstelės žūties metu ar net vystantis ligoms – pavyzdžiui, vėžiui, diabetui, Alzheimerio ligai. Pokyčiai vyksta net atskirose organelėse.
Minėjote fluorescenciją – tai susiję ir su molekuliniais rotoriais?
Taip. Molekuliniai rotoriai – tai fluorescuojančios molekulės, kurios jautrios klampai. Šių molekulių viena iš dalių gali suktis. Sukimosi greitis priklauso nuo aplinkos klampumo – kuo klampa didesnė, tuo sukimasis lėtesnis, tuo ryškiau ir ilgiau molekulė šviečia. Būtent pagal švytėjimo trukmę – fluorescencijos gyvavimo trukmę – galime apskaičiuoti mikroklampą. Tam naudojame fluorescencijos gyvavimo trukmės vaizdinimo mikroskopiją. Ji leidžia išmatuoti gyvavimo trukmes realiu laiku, paversti jas į klampos vertes naudojant kalibracines kreives ir taip gauti visos ląstelės arba net konkrečių organelių mikroklampos žemėlapius.
O kokiame kontekste jūs pats tyrinėjate mikroklampą? Su kokiais ląstelių tipais daugiausia dirbate?
Pagrindinis mano dėmesio objektas – mikroklampos pokyčiai vykstant ląstelių piktybėjimui. Esame nustatę mikroklampos pokyčius tarp skirtingo piktybiškumo vėžinių ląstelių. Kita kryptis – žmogaus mezenchiminių kamieninių ląstelių diferenciacija. Tyrinėjame, kaip keičiasi šių ląstelių atskirų organelių klampa, kai jos virsta kaulinio, kremzlinio ar riebalinio audinio ląstelėmis. Šie tyrimai leis geriau charakterizuoti iš skirtingų audinių išskirtas mezenchimines kamienines ląsteles, o kartu ir geriau suprasti patį diferenciacijos procesą.
Ar tai, ką darote, gali kada nors padėti diagnozuoti ligas?
Pirmas tikslas – geriau suprasti mikroklampos pokyčius ir jų reikšmę ląstelėse. Bet ilgalaikėje perspektyvoje tikrai norėtųsi šį parametrą panaudoti diagnostikoje. Galėtume geriau identifikuoti vėžines ląsteles, įvertinti jų piktybiškumą ar suprasti, kaip veikia tam tikri chemoterapiniai vaistai, kaip ląstelės tampa atsparios priešvėžiniams vaistams.
Pavyzdžiui, kai kurios vėžinės ląstelės gali reguliuoti plazminės membranos sudėtį, o kartu ir mikroklampą, taip sumažindamos vaisto patekimą į ląstelę. Tad mikroklampa galėtų tapti reikšmingu diagnostiniu rodikliu.
Kai stebite tuos švytinčius vaizdus ląstelėje, ar būna „oho“ momentų – netikėtų atradimų, įspūdžių?
Taip, tokių momentų tikrai buvo ne vienas. Labiausiai įsiminė, kai pirmą kartą vykdžiau mezenchiminių kamieninių ląstelių diferenciaciją į adipocitus – riebalines ląsteles. Pamačiau per mikroskopą, kad ląstelės suapvalėjusios, pilnos burbuliukų – iš pradžių galvojau, kad eksperimentas nepavyko. Bet vadovas pasakė: „O, kokie gražūs adipocitai!“ Negalėjau patikėti, kaip stipriai gali pasikeisti ląstelės forma ir struktūra.
Dar vienas įdomus eksperimentas buvo, kai kamienines ląsteles auginome ant adhezinių paviršių – trikampių, apskritimų, net raidžių formų. Ląstelės įgydavo tas formas. Tai parodo, kaip smarkiai jos gali prisitaikyti prie aplinkos.
Suprantu, kad tai nėra tiesioginis jūsų mokslinis interesas, bet kelis kartus paminėjote kamienines ląsteles. Jau yra klinikų, kurios siūlo kamieninių ląstelių terapijas įvairioms ligoms gydyti. Klausantis jūsų ir kitų mokslininkų, kurie tyrinėja šias ląsteles, atrodo, kad jų vieta vis dar yra ant laboratorinio stalo, o su terapijomis – paskubėta. Ką manote jūs?
Taip, aš irgi sakyčiau, kad dar trūksta tų tyrimų, ir gana atsargiai žiūrėčiau į visas tas siūlomas terapijas. Aišku, tai nėra mano tiesioginė kompetencija, bet dėl to, ką matau, būčiau labai atsargus. Mezenchiminės kamieninės ląstelės gali būti išskirtos iš įvairių šaltinių – kaulų čiulpų, riebalinio audinio, odos, net menstruacijų kraujo. Tačiau šių ląstelių heterogeniškumas itin didelis. Tiek jų savybės, pavyzdžiui, diferenciacijos potencialas, tiek terapinis efektyvumas gali labai skirtis priklausomai nuo ląstelių skyrimo metodikos, audinio šaltinio ar donoro savybių. Tad kol kas tikrai dar reikia daugiau tyrimų, nes mes apie šias ląsteles dar daug nežinome.
Esate dalyvavęs EIPOD programoje. Papasakokite apie ją plačiau – ką ji jums davė?
EIPOD – tai EMBL (Europos molekulinės biologijos laboratorijos) organizuojama mentorystės programa magistrantūros studentams. Jos tikslas – suteikti galimybę bendrauti su patyrusiais EMBL mokslininkais, susipažinti su pažangia įranga, naujausiais tyrimais. Programoje dalyvauja studentai iš įvairių šalių – kai aš dalyvavau, buvo atstovų iš 12 valstybių, iš Lietuvos – trys.
Pagrindinis dalykas – trejų metų mentorystė su EMBL podoktorantūros stažuotoju. Taip pat dalyvavome gyvose mentorystės dirbtuvėse ir buvome pakviesti į EMBL simpoziumą Heidelberge. Man didžiausią įspūdį paliko vizitas į EMBL vaizdinimo centrą, kuriame galima rasti pažangiausią šviesos mikroskopijos įrangą, įskaitant MINFLUX mikroskopą, kuris leidžia pasiekti net 1–3 nm skyrą. MINFLUX gali būti naudojamas pavienėms molekulėms stebėti, baltymų sąveikos ar organelių ir jas sudarančių struktūrų tyrimams gyvose ir fiksuotose ląstelėse. Pavyzdžiui, taikant MINFLUX metodą, galima sekti molekulinius motorus – baltymus, atliekančius įvairių biomolekulių, organelių transportavimą ląstelių viduje.
Bet svarbiausia patirtis – ne tik žinios ar įranga, bet ir požiūris į mentorystę. Ji yra neatsiejama mokslininko darbo dalis – dalinimasis žiniomis, pagalba jaunesniems kolegoms. Dabar ir pats turiu studentę, su kuria dalinuosi patarimais ne tik mokslo, bet ir studijų, karjeros klausimais.
Kalbėdama su mokslininkais dažnai girdžiu, kad juos pasirinkti tokį kelią įkvėpė būtent sutiktas mokslininkas – atvykęs į mokyklą pabendrauti su vaikais arba sutiktas per klasės ekskursiją mokslo centre.
Taip, tikrai taip. Tokie susitikimai labai svarbūs – ar tai būtų ekskursija į mokslo centrą, ar dalyvavimas moksleivių renginyje. Jei tokių iniciatyvų būtų buvę daugiau, kai pats mokiausi, manau, į mokslą būtų atėję daugiau žmonių.
Kadangi domitės moksline fantastika, šiek tiek linksmesnis klausimas – jeigu molekulinis rotorius būtų veikėjas mokslinės fantastikos knygoje, kas jis būtų?
Manau, slaptasis agentas ar tylusis stebėtojas. Molekuliniai rotoriai tyliai patenka į organeles, nieko nepažeidžia, o tada – apšviesti – pradeda „dirbti“. Priklausomai nuo aplinkos, jų sukimasis kinta, jie skleidžia signalus, kuriuos mes turime iššifruoti. Tokie tarsi mikroskopiniai agentai su koduota žinute apie ląstelės būklę.
Kitas jūsų pomėgis už laboratorijos ribų – stalo žaidimai. Jei jūsų darbas laboratorijoje būtų stalo žaidimas – koks jis būtų?
Galvojau ilgai ir nusprendžiau – „Spirit Island“. Tai bendradarbiavimo žaidimas, kuriame kiekvienas žaidėjas – skirtinga salos dvasia, turinti savitą galią. Žaidimo esmė – bendradarbiauti, kad apsaugotum salą nuo kolonistų.
Man tai labai primena mokslą: vienas žmogus neįveiks visų iššūkių – reikia komandos, kiekvienas turi savo stipriąsias savybes. Ir, žinoma, kaip ir moksle, visada atsiranda netikėtumų, iššūkių, kuriuos turi įveikti kartu.
Tai mokslas yra komandinis darbas, ne individualus?
Be abejo, manau, kad be komandos šiais laikais labai sunku.
Į kokį klausimą labiausiai norėtumėte rasti atsakymą? Ar mokslas jau bent kiek priartėjo prie jo?
Man svarbiausia, ar mikroklampos pokyčiai gali padėti ankstyvai vėžio ar kitų ligų diagnostikai in vivo sąlygomis. Šiuo metu dauguma tyrimų atliekami in vitro – ląstelių linijose ir kultūrose. Norint pereiti prie in vivo, reikia patobulinti rotorius – kad jie šviestų artimoje infraraudonųjų spindulių srityje, ši spinduliuotė geriau pereina per audinius. Bet modifikuodami rotorius rizikuojame prarasti jų jautrumą klampai. Be to, jie gali sąveikauti su baltymais ar įgauti jautrumą ir kitiems aplinkos parametrams, pavyzdžiui, temperatūrai. Tad kelias ilgas, bet pirmieji žingsniai jau daromi.
Jei pavyktų – kaip tas diagnostikos testas atrodytų?
Galėtume paimti paciento ląsteles, paveikti jas molekuliniais rotoriais ir pavaizdinti jas taikydami fluorescencijos gyvavimo trukmės vaizdinimo mikroskopiją. Taip įvertintume mikroklampos pokyčius tiriamojo ląstelėse ir iš to spręstume apie ankstyvus ligos požymius, ligos eigą ar gydymo efektyvumą. Tai būtų svarbus žingsnis link ankstyvos, tikslesnės diagnostikos, bet iki to dar ilgas kelias.
