Наш с вами организм ‒ это не единая монолитная система. Это набор миллиардов клеток сотен разных типов. И все эти клетки постоянно взаимодействуют, самоорганизуются, образуют совместно работающие популяции. Но для того, чтобы клетки понимали, с кем и как можно взаимодействовать, каждая клетка помечена множеством различных маркеров. Чаще всего это поверхностные белки, или сложные структуры, вроде гликопротеидов, если белок связан с углеводным остатком, или липопротеином, если небелковая часть молекулы имеет липидную природу.
Обычно такие молекулы либо погружены в клеточную мембрану, либо пронизывают её насквозь. Клетка производит их, когда оказывается в определённом состоянии. Только что появившаяся клетка не будет похожа по набору маркеров на дифференцированную, то есть взрослую, но ещё не приступившую к работе. И обе они будут отличаться от активированной клетки, уже приступившей к исполнению своей функции. Также отличаться будут различные популяции одного типа клеток. Например, среди лейкоцитов ‒ чаще всего изучаемых при помощи проточной цитометрии клеток иммунной системы есть Т- и В- лимфоциты, киллеры и хелперы, клетки центральной и эффекторной памяти. И каждая из этих популяций будет иметь собственный набор поверхностных маркеров.
Сигнальные молекулы, как их ещё называют, не только помечают клетку в соответствии с её функциональной группой, но и обеспечивают её функции. Как только торчащая из клеточной мембраны часть молекулы связывается с подходящим веществом ‒ часто это тоже бывают поверхностные маркеры других клеток, вся сигнальная молекула меняет конфигурацию. В результате либо сама сигнальная молекула как-то меняется, либо её новая конформация служит катализатором для химических реакций внутри клетки.
Какая же связь всех этих нюансов клеточной жизни с проточной цитометрии? Дело в том, что учёные научились разделять клетки в соответствии с поверхностными маркерами, компонентами внутриклеточных реакций или размеров, или формы клетки.
Делается это достаточно просто. Сначала исследователю нужны специальные краски. Они получаются из одного из самых универсальных инструментов современной биологии, моноклональных антител. Это вещества, которые умеют связываться с чётко определённым набором атомов. Например, с функциональной частью поверхностного маркера. К нужному моноклональному антителу химически прикрепляется вещество, которое при освещении лазером светится определённым цветом. Затем такой краской, а вернее, целой палитрой таких красок, обрабатывается популяция клеток. И затем эти клетки обрабатывается в цитометре.
И вот тут начинается самая технологичная часть этого анализа. Клетки попадают в очень тонкий поток жидкости, в котором помещается только одна клетка. Каждая проплывающая таким образом клетка освящается сразу несколькими лазерами. А фотоприёмники считывают свет, которым начинают светиться клетки. Таким образом можно определить не только поверхностные маркеры. Форму клеток можно узнать, если оценивать, насколько отклоняется проходящий сквозь неё свет. Состав клеток будет понятен, если взглянуть, как клетка рассеивает свет. Кроме того, продырявив клеточную стенку клетки, можно окрашивать даже её внутреннее содержимое.
Сегодня самый частый объект, который анализируется с помощью проточной цитометрии ‒ это иммунная система. Отслеживая изменения в соотношении разных типов клеток, можно понять, каково в целом состояние иммунитета конкретного организма, как он реагирует на определённые воздействия, и нет ли каких-то аномалий в работы системы. А ещё цитометрию применяют в онкологических, токсикологически и гематологических исследованиях. Кроме того, помимо медицинского применения, проточная цитометрия полезна и во множестве других областей. Изучение микроорганизмов, как выращенных в лаборатории, так и полученных из природной среды, отслеживание роста клеток, определение фаз клеточного цикла ‒ всё это возможно при помощи проточной цитометрии.
Более подробную информацию вы можете прочитать здесь.