Τα ανθρώπινα κύτταρα ενδέχεται να «διαφημίζουν» κρυφά την κατάσταση της υγείας τους μέσα από μεταβαλλόμενα μοτίβα σακχάρων στην επιφάνειά τους – και οι επιστήμονες μόλις έμαθαν πώς να διαβάζουν αυτά τα σήματα.
Ερευνητές από το Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Επιστήμη του Φωτός (MPL) αποκάλυψαν έναν κρυμμένο «κώδικα σακχάρων» στην εξωτερική πλευρά των κυττάρων, ο οποίος θα μπορούσε να μεταμορφώσει τον τρόπο διάγνωσης σοβαρών ασθενειών. Χρησιμοποιώντας μια προηγμένη τεχνική απεικόνισης που ονομάζεται Glycan Atlasing (Χαρτογράφηση Γλυκανών), η ομάδα διαπίστωσε ότι οι μικροσκοπικές δομές σακχάρων που επικαλύπτουν τα κύτταρα αναδιοργανώνονται ανάλογα με τη δραστηριότητά τους.
Ο γλυκοκάλυκας ως «οθόνη προβολής» του κυττάρου
Κάθε ανθρώπινο κύτταρο περιβάλλεται από ένα λεπτό, προστατευτικό στρώμα σύνθετων μορίων σακχάρου, το οποίο ονομάζεται γλυκοκάλυκας.
Αυτό το εξωτερικό περίβλημα βοηθά τα κύτταρα να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους, αλλά παράλληλα φαίνεται πως λειτουργεί και ως «οθόνη προβολής», μεταφέροντας πληροφορίες για την εσωτερική βιολογική κατάσταση του κυττάρου στην επιφάνειά του.
Η ερευνητική ομάδα «Φυσικών Γλυκοεπιστημών» (Physical Glycosciences), υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Leonhard Möckl, χρησιμοποίησε μικροσκοπία υπερ-υψηλής ανάλυσης για να χαρτογραφήσει τον γλυκοκάλυκα σε επίπεδο μεμονωμένων μορίων. Η μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Nanotechnology, περιέλαβε κυτταρικές καλλιέργειες, πρωτογενή ανθρώπινα κύτταρα αίματος και δείγματα ιστών.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διάταξη των σακχάρων μεταβάλλεται ριζικά όταν αλλάζει η κατάσταση του κυττάρου. Για παράδειγμα, τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος εμφάνισαν εντελώς διαφορετική διάταξη σακχάρων στην επιφάνειά τους μετά την ενεργοποίησή τους, προσφέροντας την πρώτη άμεση απόδειξη ότι ο γλυκοκάλυκας αντανακλά τις εσωτερικές διεργασίες του κυττάρου.
Αναγνώριση του καρκίνου σε νανοκλίμακα
Η χαρτογράφηση αυτών των μοτίβων σε νανοκλίμακα επέτρεψε στους επιστήμονες να διακρίνουν με εξαιρετική ακρίβεια:
- Τα διαφορετικά στάδια ανάπτυξης του καρκίνου.
- Τη διαφορά μεταξύ ενεργοποιημένων και ανενεργών κυττάρων του ανοσοποιητικού.
- Τις καρκινικές περιοχές από τους υγιείς ιστούς σε δείγματα ανθρώπινου μαστικού αδένα.
Το γεγονός ότι η κυτταρική επιφάνεια περιέχει δομημένες βιολογικές πληροφορίες, οι οποίες μπορούν να διαβαστούν με μια τυποποιημένη μέθοδο, ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία νέων αντικειμενικών διαγνωστικών εργαλείων, ακόμη και σε πολύ πολύπλοκα κλινικά δείγματα.
Μελλοντικές ιατρικές εφαρμογές
Τα επόμενα σχέδια της ερευνητικής ομάδας περιλαμβάνουν την αυτοματοποίηση της διαδικασίας και την ανάλυση ενός πολύ μεγαλύτερου όγκου δειγμάτων.
Στόχος τους είναι να προσδιορίσουν ποια συγκεκριμένα μοτίβα της επιφάνειας συνδέονται με την εξέλιξη συγκεκριμένων ασθενειών ή με την ανταπόκριση των ασθενών σε θεραπείες, ώστε η τεχνική Glycan Atlasing να ενσωματωθεί μελλοντικά στην καθημερινή ιατρική πρακτική για την έγκαιρη και αντικειμενική ανίχνευση του καρκίνου.
