Κάθε ανθρώπινο κύτταρο καλύπτεται από ένα λεπτό στρώμα ζάχαρης που ονομάζεται γλυκοκάλυκα. Αυτό το εξωτερικό περίβλημα βοηθά τα κύτταρα να επικοινωνούν με το περιβάλλον τους και μπορεί επίσης να παρέχει σημαντικές ενδείξεις για το τι συμβαίνει μέσα στο κύτταρο. Ερευνητές στο Ινστιτούτο Max Planck για την Επιστήμη του Φωτός (MPL) έχουν τώρα χαρτογραφήσει τη δομή αυτού του σακχάρου με λεπτομέρεια χρησιμοποιώντας προηγμένο μικροσκόπιο υψηλής ανάλυσης. Τα ευρήματά τους, δημοσιεύθηκαν Νανοτεχνολογία Φύσηςπροτείνει ότι οι αλλαγές στη δομή αυτών των σακχάρων μπορεί μια μέρα να βοηθήσουν τους γιατρούς να διαγνώσουν ασθένειες όπως ο καρκίνος.
Ο γλυκοκάλυκας περιβάλλει όλα τα ανθρώπινα κύτταρα σαν ένα προστατευτικό εξωτερικό κέλυφος. Αντί να μένουν σταθερά στη θέση τους, αυτά τα πολύπλοκα μόρια σακχάρου συνεχώς μετατοπίζονται και αναδιοργανώνονται. Επιστήμονες από την ερευνητική ομάδα “Physical Glycosciences”, με επικεφαλής τον καθηγητή του MPL Leonhard Mockl, μελετούν πώς συμπεριφέρεται αυτή η επικάλυψη ζάχαρης και τι αποκαλύπτει για την κυτταρική βιολογία.
Για να διερευνήσει αυτές τις δομές, η ομάδα ανέπτυξε μια τεχνική που ονομάζεται «άτλαντας γλυκάνης». Χρησιμοποιώντας μικροσκοπία αιχμής υπερ-ανάλυσης, χαρτογράφησαν τον γλυκοκάλυκα στο επίπεδο των μεμονωμένων μορίων σακχάρου σε μια ποικιλία τύπων κυττάρων. Η δουλειά τους περιελάμβανε γραμμές κυτταροκαλλιέργειας, πρωτογενή ανθρώπινα κύτταρα αίματος και δείγματα ιστών.
Οι χάρτες που προκύπτουν δείχνουν ότι ο γλυκοκάλυκας αλλάζει τη μοριακή του διάταξη ανάλογα με την κατάσταση του κυττάρου. Για παράδειγμα, τα ανοσοκύτταρα εμφανίζουν διαφορετικά μοτίβα σακχάρου μετά από διέγερση, η οποία συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας ανοσολογικής απόκρισης. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτό παρέχει τις πρώτες άμεσες ενδείξεις ότι ο γλυκοκάλυκας δρα σχεδόν σαν οθόνη οθόνης, δείχνοντας πληροφορίες για την εσωτερική κατάσταση ενός κυττάρου στην εξωτερική του επιφάνεια.
Τα πρότυπα ζάχαρης μπορούν να βοηθήσουν στην ανίχνευση του καρκίνου
Η ομάδα διαπίστωσε ότι αυτά τα μοτίβα ζάχαρης νανοκλίμακας μπορούσαν να διακρίνουν αξιόπιστα μεταξύ διαφορετικών κυτταρικών καταστάσεων. Οι μετρήσεις τους τους επέτρεψαν να εντοπίσουν διακριτά στάδια ανάπτυξης καρκίνου, να πουν τη διαφορά μεταξύ ενεργών και ανενεργών ανοσοκυττάρων και να διακρίνουν τις καρκινικές από τις υγιείς περιοχές του ανθρώπινου ιστού του μαστού.
Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι κυτταρικές επιφάνειες περιέχουν δομικές βιολογικές πληροφορίες που μπορούν να διαβαστούν χρησιμοποιώντας μια τυποποιημένη μέθοδο. «Τα αποτελέσματα παρέχουν μια πολλά υποσχόμενη βάση για την ανάπτυξη μελλοντικών διαγνωστικών μεθόδων, καθώς ο άτλαντας γλυκάνης παρέχει αξιόπιστα αποτελέσματα ακόμη και σε πολύπλοκα δείγματα», εξηγεί ο Mokal, επικεφαλής της μελέτης και αντίστοιχος συγγραφέας.
Μελλοντικές ιατρικές εφαρμογές
Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να επεκτείνουν τη μέθοδο αναλύοντας πρόσθετες δομές στόχων και αυτοματοποιώντας περαιτέρω τη διαδικασία. Ελπίζουν επίσης να μελετήσουν έναν πολύ μεγαλύτερο αριθμό δειγμάτων, ώστε η τεχνική να μπορεί τελικά να προσαρμοστεί για συνήθη ιατρική χρήση.
«Σε μελέτες μεγάλης κλίμακας, θέλουμε να διερευνήσουμε ποια επιφανειακά μοτίβα σχετίζονται με συγκεκριμένες ασθένειες ή θεραπευτικές αποκρίσεις και πώς οι κυτταρικές καταστάσεις μπορούν να ανιχνευθούν έγκαιρα και αντικειμενικά μέσω της επιφάνειας», εξήγησε ο Mockle, περιγράφοντας τα μελλοντικά σχέδια της ομάδας του.
