Ученые впервые увидели, как клетки «разговаривают» по всему организму

Исследование опубликовано 9 сентября 2026 года в научном журнале Nature. Его авторы представили систему WHOLISTIC, предназначенную для наблюдения за клеточной активностью по всему организму с секундным разрешением.

Как удалось увидеть «разговор» клеток

В основе метода лежит наблюдение за изменениями концентрации кальция внутри клеток.

Кальций участвует во множестве биологических процессов — от работы нервных клеток до сокращения мышц — и служит одним из важнейших внутриклеточных сигналов.

С помощью генной инженерии ученые добились того, чтобы практически все клетки исследуемого организма вырабатывали специальные флуоресцентные датчики кальция.

Когда концентрация кальция внутри клетки менялась, датчик начинал светиться. Это позволяло ученым фиксировать изменения активности клеток при помощи высокоскоростной флуоресцентной микроскопии.

Фактически исследователи получили возможность наблюдать, как различные ткани и органы реагируют на происходящее в организме практически одновременно.

Почему раньше этого сделать не удавалось

До появления WHOLISTIC ученые могли подробно наблюдать клеточную активность преимущественно в отдельных тканях или органах — например, в головном мозге.

Одновременно охватить почти весь организм было крайне сложно.

Одна из главных проблем заключается в том, что большинство тканей позвоночных непрозрачны и рассеивают свет, поэтому получить четкое изображение клеток глубоко внутри тела практически невозможно.

Для экспериментов исследователи использовали прозрачных позвоночных — личинок рыбок данио-рерио, а также взрослых рыб Danionella cerebrum.

Их прозрачность позволила регистрировать флуоресцентные сигналы непосредственно сквозь тело животного.

Обнаружились неожиданные реакции

Новая технология позволила увидеть несколько процессов, которые ранее не были известны или оставались плохо изученными.

Например, ученые обнаружили реакцию клеток хрящевой ткани на холод.

Также выяснилось, что на действие анестетика кетамина реагируют не только нейроны. Изменения клеточной активности исследователи зарегистрировали и в тканях, расположенных на границе мозговых оболочек.

Кроме того, WHOLISTIC позволил выявить ранее неизвестные сочетания работы различных мышечных групп и связи между мышцами и внутренними органами.

Увидели, как мозг меняет кровоток

Одним из наиболее интересных наблюдений стало перераспределение кровотока по всему организму.

Исследователи смогли проследить, как ствол мозга участвует в управлении этим процессом и меняет распределение крови между различными частями тела.

Система также позволила изучить активность почек. В нефронах ученые обнаружили ритмические волны клеточной активности, которые распространялись вдоль этих структур.

По мнению авторов работы, такие данные могут изменить представления о том, насколько непрерывными или, напротив, импульсными являются некоторые процессы внутри органов.

Организм можно изучать как единую систему

Главное преимущество WHOLISTIC заключается в возможности отказаться от изучения органов исключительно по отдельности.

Организм представляет собой сложную систему, в которой мозг, мышцы, сосуды, внутренние органы и различные типы клеток постоянно взаимодействуют друг с другом.

Нарушение таких механизмов связи может играть роль в развитии заболеваний.

Теперь исследователи получили инструмент, позволяющий наблюдать эти процессы одновременно и искать связи между изменениями в разных частях тела.

Метод может помочь при изучении лекарств и болезней

Авторы считают, что в дальнейшем технология позволит изучать воздействие лекарственных препаратов не только на определенный орган, но и на весь организм одновременно.

Таким же образом можно будет исследовать заболевания, при которых нарушается взаимодействие между различными тканями и системами.

При этом ученые отмечают, что пока технология имеет ограничения. Она особенно эффективна на прозрачных модельных организмах, тогда как применение подобных методов у крупных непрозрачных позвоночных значительно сложнее.

Тем не менее исследователи считают WHOLISTIC новым инструментом системной биологии, который позволяет наблюдать деятельность организма сразу на нескольких уровнях — от отдельных клеток до взаимодействия целых органов.