Nadir hastalıklar: Lizozomların 3 boyutlu analizi sayesinde hedefli tedavilere doğru

CNR (Ulusal Araştırma Konseyi) ve TIGEM (Telethon Genetik ve Tıp Enstitüsü) tarafından geliştirilen bir teknik, 60'tan fazla nadir genetik hastalık türünde rol oynayan hücresel organlar olan lizozomların, floresan belirteçler olmadan ilk kez kantitatif, üç boyutlu analizini mümkün kıldı. ACS Nano dergisinde yayınlanan araştırma, lizozomal depo hastalıklarının altında yatan değişiklikler hakkında daha derin bir anlayış sağlıyor. Napoli'deki Ulusal Araştırma Konseyi Uygulamalı Bilimler ve Akıllı Sistemler Enstitüsü (CNR-ISASI) ve Pozzuoli'deki Telethon Genetik ve Tıp Enstitüsü'nden (TIGEM) oluşan ortak bir ekip, süspansiyon halindeki canlı hücrelerdeki lizozomların kantitatif, 3 boyutlu ve floresan içermeyen gözlemlenmesi için yeni bir yaklaşım geliştirdi.

Hücreler içinde gerçekleşen sindirim süreçlerinden normalde sorumlu olan bu hücresel organlar, lizozomal depo hastalıkları (LSD) olarak da bilinen 60'tan fazla nadir genetik hastalık türünde rol oynamaktadır. Bunlar, lizozomlardaki enzim veya protein kusurlarından kaynaklanan ve özellikle merkezi sinir sistemi olmak üzere organ ve dokular için ciddi sonuçlara yol açan bir grup nadir hastalıktır. Canlı hücrelerde lizozomların fonksiyonel analizine olanak tanıyan araçların eksikliği, şu anda teşhis ve tedavi etkinliğinin izlenmesini engellemektedir.

Araştırmacılar, bir basın bültenine göre, özellikle lizozomlardaki bir enzimin yokluğu veya işlev bozukluğundan kaynaklanan Niemann-Pick hastalığı tip C'ye odaklandı. Şu anda tedavisi olmayan bu hastalık, genellikle ölümcül olan ciddi metabolik değişikliklere neden olur. Geliştirilen teknik, ACS Nano dergisinde yayınlanan çalışmada açıklandığı gibi, bu hastalığın hücresel modellerinde lizozomların morfolojik ve mekansal değişikliklerinin ilk kez analiz edilmesini mümkün kıldı.

"Lizozomal depo hastalıklarını (LSD'ler), özellikle de Niemann-Pick hastalığı tip C1'i (NPC1) tespit etmek için holografik bilgisayarlı tomografi (HTFC) tekniğini bir platform olarak kullandık ve etkinliğini kanıtladık," diye açıklıyor TİGEM'deki araştırmanın baş araştırmacısı Diego Medina. "Bu yenilikçi yaklaşım, lizozomal depo hastalıkları (LSD'ler) çalışmalarında devrim yaratabilir. İlk kez, lizozomların yoğunluk ve hacim gibi biyofiziksel parametrelerini ölçmemize ve patolojik koşullar altında molekül birikiminin bu organelin fiziksel özelliklerini nasıl değiştirdiğini tespit etmemize olanak tanıyor. Çalışma ayrıca, bu parametrelerin patolojik mekanizmaları, hastalığın ilerlemesini ve ilaç yanıtını analiz etmek için kullanılabileceğini de gösteriyor. Niemann-Pick hastalığı tip C1 (NPC1) örneğinde, lizozomların lokalizasyonunu düzeltmenin karakteristik kolesterol birikimini çözebileceğini gösterdik."

CNR-ISASI araştırmacısı ve CNR-ISASI araştırmacıları Pasquale Memmolo ve Lisa Miccio ile birlikte çalışmanın yazarı Daniele Pirone, "Bu teknoloji, bize ilk kez Niemann-Pick hastalığı tip C'nin askıda canlı hücrelerinde üç boyutlu, nicel ve etiketsiz bilgi elde etme olanağı sağlıyor. Bu, geleneksel olarak mikroskop altında kullanılan yapışık hücrelerden klinik ortama çok daha yakın bir bağlam." HTFC tekniği, kimyasal boyalara veya karmaşık preparatlara ihtiyaç duymadan, kırılma indeksine dayalı yüksek bilgili tomografi taramaları elde etmek için kullanıldı. Bu, binlerce askıda hücreyi analiz etmemizi, sağlıklı hücreleri NPC1'den etkilenen hücrelerden güvenilir bir şekilde ayıran 3 boyutlu morfometrik biyobelirteçleri belirlememizi ve farmakolojik ve genetik müdahalelerin etkilerini izlememizi sağladı. Bu, lizozomların pozisyonundaki ve morfolojisindeki değişiklikleri hassas bir şekilde ölçmeyi mümkün kılarak, lizozomal depo hastalıkları için yeni biyobelirteçlerin önünü açtı.

Basın bülteninde, çalışmanın klinik LSD tanısında etiketsiz teknolojilerin kullanımına doğru önemli bir adım olduğu belirtiliyor. Bir sonraki hedefler, hasta kaynaklı hücreler (fibroblastlar ve kan hücreleri) üzerinde doğrulama yapmak ve tek tek lizozomları tanımlamak için mekansal çözünürlüğü iyileştirmek olacak. Böylece HTFC, yüksek çözünürlüklü mikroskopinin yeteneklerine daha yakın olacak, ancak aynı zamanda büyük ölçekli istatistiksel analiz avantajları da sunacak.

CNR-ISAS Araştırma Direktörü ve Baş Araştırmacısı Pietro Ferraro, "Holografik sitometrinin translasyonel araştırmalara entegrasyonu," diye sonuca varıyor, "somut klinik uygulamalara doğru atılmış temel bir adımdır. Bu tekniğin tanı ve tedavi amaçlı bir tarama aracı olarak potansiyeli muazzamdır ve elde edilen sonuçlar, bu tekniği hasta hücreleri üzerinde doğrulamaya devam etmemizi teşvik etmektedir."