Ферменты играют решающую роль в регуляции физиологических функций, и аномальная активность ферментов связана с целым рядом патологических состояний. Активность фермента варьируется от органа к органу, а также в пределах различных областей одного органа. Таким образом, было бы информативно получить точную визуализацию активности ферментов в тканях с детальным пространственным разрешением. К сожалению, подходящие методы отсутствуют. Визуализация активности фермента в основном проводится с помощью флуоресцентных зондов. Однако флуоресцентный свет едва проникает в ткани, поэтому более крупные образцы, такие как целые органы, невозможно отобразить в 3D. В этом мог бы помочь процесс, известный как очистка. Очистка - это традиционный процесс, при котором образцы тканей становятся очень прозрачными с помощью различных растворителей и реагентов, сохраняя при этом их структуру. Однако во время интенсивной стирки небольшие молекулы, такие как флуоресцентные зонды, также вымываются из ткани.

Команда под руководством Синсуке Сандо из Токийского университета в настоящее время разработала новый метод визуализации активности фермента в 3D с высоким разрешением в целых, очищенных органах. В качестве примера они выбрали аминопептидазу N (APN), фермент, расщепляющий пептиды, который играет важную роль в различных физиологических процессах, а также в развитии опухолей. Их успех был обусловлен специально разработанной молекулой-зондом, которая состоит из флуоресцентного красителя (BODIPY), "закрепляющего звена" и аминокислотной группы (аланин).

Если активный APN отсутствует, зонд остается неизмененным и промывается в процессе очистки тканей. В областях органа с активным APN фермент отщепляет аминокислотную группу от зонда, активируя блок закрепления. Это прикрепляется к белкам в непосредственной близости и прочно прикрепляет флуоресцентный зонд к окружающей тканевой структуре, так что он не смывается. Это позволило команде получить трехмерные карты активности APN с высоким разрешением с помощью флуоресцентной микроскопии в целых почках мыши. Исследователи даже смогли визуализировать различия в активности APN в отдельных канальцевых структурах почек.

Команда также изучала эффекты ингибиторов АПН. Они наблюдали различные закономерности подавления флуоресценции между экспериментальным противоопухолевым средством актинонином и другим ингибитором APN. Эти различия могут быть результатом различий в всасывании, метаболизме и/или фармакокинетике. Новая технология визуализации открывает путь к беспристрастному методу оценки при разработке лекарств, который не упускает из виду мельчайшие явления, происходящие на клеточном уровне в целых органах.