3D-голографическая визуализация отслеживает изменения лизосом в живых клетках без химических меток

Эта визуальная схема демонстрирует возможности голографической томографической проточной цитометрии (HTFC) в различии здоровых (WT) и больных (NPC1 KO) клеток с помощью 3D-визуализации лизосом (зелёные) и ядер (синие) в живых суспензионных клетках без использования меток. Автор: Даниэле Пирроне, Институт прикладных наук и интеллектуальных систем.

Группа исследователей из Института прикладных наук и интеллектуальных систем Национального исследовательского совета Италии (ISASI-CNR) и Телетонского института генетики и медицины (TIGEM) разработала метод наблюдения за лизосомами в живых суспензионных клетках — количественно, в 3D и без химических меток.

Их исследование, опубликованное в ACS Nano, демонстрирует голографическую томографию в конфигурации проточной цитометрии (HTFC) как мощный инструмент для выявления морфологических и пространственных изменений лизосом в моделях лизосомных болезней накопления (LSD), с акцентом на болезнь Ниманна-Пика типа C1 (NPC1).

«Этот инновационный подход может революционизировать изучение лизосомных болезней накопления. Впервые мы можем измерять биофизические параметры лизосом — такие как плотность и объём — и видеть, как патологическое накопление молекул изменяет их физические свойства. Эти параметры можно использовать для изучения механизмов болезни, её прогрессирования и реакции на терапию. В случае NPC1 мы показали, что коррекция положения лизосом может устранить накопление холестерина», — говорит Диего Медина, ведущий исследователь TIGEM.

Шаг к клиническому применению

Лизосомные болезни накопления — это группа из более чем 60 редких генетических заболеваний, вызванных дефектами ферментов или белков в лизосомах, что приводит к серьёзным последствиям для тканей и органов, особенно центральной нервной системы. Современные методы диагностики и мониторинга ограничены отсутствием инструментов, позволяющих проводить функциональный анализ лизосом в живых клетках в реальном времени.

Технология HTFC обеспечивает 3D-визуализацию высокого разрешения без меток в клинически значимом контексте — живых суспензионных клетках, а не традиционно используемых адгезивных клетках.

«Впервые эта технология позволяет нам получать количественную и трёхмерную информацию в суспензионных клетках из моделей болезни Ниманна-Пика типа C», — объясняет Даниэле Пирроне, первый автор исследования и сотрудник ISASI-CNR. «Этот контекст гораздо ближе к клинической реальности».

С помощью HTFC исследователи проанализировали тысячи живых суспензионных клеток, получив высокоинформативные 3D-томограммы на основе показателя преломления, без окрашивания или сложной подготовки. Они выявили морфометрические 3D-биомаркеры, которые могут надёжно отличать здоровые клетки от больных, и отследили эффекты фармакологического и генетического лечения.

«С этим методом мы можем точно измерять изменения морфологии и положения лизосом, открывая путь к новым биомаркерам для LSD», — добавляют Паскуале Меммоло и Лиза Миччо, старшие исследователи ISASI-CNR.

Следующие шаги: от лаборатории к клинике

В дальнейшем команда планирует валидировать технологию на клетках, полученных от пациентов (например, фибробластах и клетках крови), и повысить пространственное разрешение для идентификации отдельных лизосом. Эти усовершенствования позволят объединить преимущества микроскопии высокого разрешения с масштабным статистическим анализом.

«Интеграция голографической цитометрии в трансляционные исследования — это ключевой шаг к клиническому применению», — заключает Пьетро Ферраро, директор исследований ISASI-CNR. «HTFC обладает огромным потенциалом как инструмент диагностики и скрининга терапии, и наши результаты вдохновляют нас на дальнейшую работу с валидацией на клетках пациентов».

Подробнее: Daniele Pirone et al, Drug-Induced Reversible Lysosomal Changes Tracked in Live Cells by Holo-Tomographic Flow Cytometry, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.5c08530