Антифриз и наностержни реанимировали замороженные эмбрионы рыб
Группа американских ученых успешно разморозила эмбрионы рыбы вида данио-рерио (Danio rerio) после криоконсервации. Используя инъекции золотых наностержней и пропиленгликоля (раствор которого также используется в качестве антифриза) до заморозки и облучение лазером при разморозке, исследователи смогли успешно «оживить» 72 из 223 эмбрионов, использованных в эксперименте. Статья опубликована на сайте журнала ACS Nano.
Криоконсервация, или криогенная заморозка, — это применение низких температур для хранения живых организмов с целью последующего восстановления их биологических функций. Такая технология многие годы успешно применяется при сохранении половых клеток и эмбрионов человека. Однако криоконсервация эмбриона позвоночных является более сложной задачей из-за его большого размера и сложной структуры. До сих пор ученые не приходили к успеху при попытках разморозить эмбрионы рыб без потерь их биологических функций.
Авторы нового исследования предложили новый способ криоконсервации эмбрионов рыб. Он заключается в инъекции пропиленгликоля (криопротектора) и золотых наностержней. Криопротекторы и золотые наностержни внедряются с целью заменить молекулы воды в клетках эмбриона, уменьшая тем самым риск образования в них льда и обезвоживания при разморозке. Эмбрион затем замораживается при помощи жидкого азота, а разморозка происходит при помощи облучения лазером. Ученые применили этот метод криоконсервации на 223 эмбрионах рыб данио-рерио, которые часто используются в биологических исследованиях.
Ученые сообщают, что не все эмбрионы данио-рерио выжили в ходе эксперимента: результаты показывают, что в течение часа после разморозки выжил только 31 процент всех эмбрионов. Дальнейшее развитие (после трех часов) без нарушений наблюдалось у 17 процентов эмбрионов, а первая активность через сутки после разморозки — у 10 процентов. Однако, как отмечают ученые, альтернативный процесс обычной криоконсервации и последующей разморозки без применения криопротектора не пережил ни один эмбрион из контрольной группы.
Криогенная заморозка используется не только как технология сохранения целых живых организмов, но и в медицине — для сохранения донорских органов при перевозке. В нашей заметке вы можете прочитать про недавнюю разработку американских ученых в этой области.
Для создания электрогенетического интерфейса использовали человеческие белки
Швейцарские исследователи разработали систему для искусственного управления экспрессией генов с помощью электрогенетического интерфейса, приводимого в действие постоянным током. В эксперименте с его помощью удалось контролируемо синтезировать инсулин пересаженными человеческими клетками в организме крысы, больной сахарным диабетом. Отчет о работе опубликован в журнале Nature Metabolism. Средства современной синтетической биологии позволяют создавать сложные генетические контуры управления клеткой, которые могут выполнять функции осцилляторов, таймеров, модулей памяти, линейных пропускателей, реле и сумматоров. В экспериментах они позволяли контролировать модели различных медицинских состояний, включая рак, бактериальные инфекции, хроническую боль и сахарный диабет. Как правило, такие контуры содержат генетический выключатель, который реагирует на низкомолекулярные соединения, но их применение ограничивают биодоступность, фармакодинамика и побочные эффекты. Поэтому в последнее время различные научные группы испытывают физические триггеры, реагирующие на свет, тепло, магнитные поля и радиоволны, однако их использование также ограничено биодоступностью, использованием нефизиологических кофакторов и возможной цитотоксичностью. Чтобы преодолеть эти ограничения, сотрудники базельского Научно-инженерного отделения биосистем (D-BSSE) Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) под руководством Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger) выбрали в качестве управляющего воздействия электрический ток. Низковольтный постоянный ток, подаваемый по электродам, быстро генерирует в тканях свободные электроны и радикалы, приводящие к образованию активных форм кислорода в низких, не цитотоксических концентрациях. Авторы работы взяли за основу человеческий Kelch-подобный ECH-связанный белок 1 (KEAP1), модулирующий иммунный противоопухолевый ответ. В обычных условиях он секвестрирует фактор транскрипции NRF2 и направляет его на разрушение протеасомами. При повышении концентрации активных форм кислорода он высвобождает NRF2, который перемещается в ядро клетки и связывается с элементами антиоксидантного ответа (ARE). Кратковременного действия тока от бытового элемента питания оказалось недостаточно для активации KEAP1/NRF2, однако их эктопическая постоянная экспрессия давала достаточный ответ. Исследователи ввели в клетки человеческих эмбриональных почечных клеток (HEK293) на вирусных векторах гены KEAP1, NRF2 и репортерного конструкта, кодирующего модельный гликопротеин SEAP (человеческую плацентарную секреторную щелочную фосфатазу) и управляющий ее секрецией синтетический промотор, содержащий оператор ARE. Полученная система, названная DART (DC-actuated regulation technology, технология регуляции с постоянным током в качестве актуатора), надежно вырабатывала искомый белок под действием тока из электродов в питательной среде, не вызывая других изменений в транскриптоме и цитотоксичности. Экспериментальным путем было показано, что оптимально 10-секундное воздействие тока напряжением 4,5 вольта от трех бытовых батареек АА или ААА. В качестве подтверждения концепции авторы работы ввели в клеточную линию, полученную из человеческих мезенхимальных стволовых клеток конструкт DART, вырабатывающий инсулин. Монослой таких клеток в гелевой капсуле поместили под кожу спины мышей, страдавших сахарным диабетом 1 типа. Их стимуляцию проводили током от трех батареек АА с помощью стандартных одобренных ВОЗ и FDA акупунктурных электродов ежедневно в течение 10 секунд. На второй день уровень глюкозы в крови животных пришел в норму и оставался на этом уровне в течение четырех недель эксперимента. Метаболические показатели при этом можно было регулировать, изменяя напряжение тока, продолжительность стимуляции и частоту сеансов. Исследователи рассчитывают, что DART откроет возможность для создания носимых электронных устройств для прямого управления метаболическими вмешательствами. По их мнению, электрогенетические интерфейсы представляют собой недостающее звено на пути к полной совместимости и интероперабельности электронных и генетических систем. В 2017 году американским биотехнологам удалось применить электрический ток для управления генами кишечной палочки (Escherichia coli). Для этого они использовали белок SoxR, который помогает бактерии справляться с окислительным стрессом.