Способ экспресс-определения физиолого-биохимического состояния клеток и тканей. Российский патент 2023 года по МПК C12Q1/00 G01N27/00 G01N27/30 G01N27/327 

Настоящее изобретение относится к области биомедицины, в частности биохимии, физиологии и микробиологии, и касается способа определения физиолого-биохимического состояния клеток и тканей посредством оценки их метаболического профиля с помощью электрохимических преобразователей. Заявленный способ позволяет выполнить экспресс-оценку состояния клеток и выявлять процессы, идущие в них, без привлечения сложного оборудования.

Известен стандартный метод бактериологической диагностики, основанный на культивировании клеток микроорганизмов на селективных средах, содержащих специфические ростовые субстраты. Вместе с тем, это не исключает применения других подходов к определению метаболической активности клеток. Так, ряд вторичных метаболитов, образуемых клетками при разложении специфических субстратов, является рН-активными соединениями, что дает возможность их обнаружения с помощью рН-индикаторов (как это осуществляется при культуральном методе) или электрохимическим методом (например, с помощью рН-электрода). Кроме того, многие ферменты, вовлеченные в катаболизм, относятся к классу оксидоредуктаз, то есть осуществляют окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся переносом электронов. Такие реакции можно отслеживать с помощью субстратов, образующих при окислении или восстановлении окрашенный продукт (примером может являться пероксидаза хрена, широко используемая в качестве ферментной метки в иммуноферментном анализе), а также за счет использования электрохимических электродов, содержащих медиаторы переноса электронов - вещества, способные служить акцептором электронов для таких ферментов с последующим электрохимическим окислением на электроде, что приводит к возникновению ЭДС в цепи электрода, пропорциональной концентрации субстрата. Этот же подход можно использовать в ряде случаев не только по отношению к выделенным ферментам, но и к целым клеткам, если целевой фермент располагается в клеточной стенке/мембране или клеточная стенка является проницаемой для медиатора.

Из уровня техники известен «Способ оценки метаболической активности клеток и устройство для его осуществления» с датой приоритета 10.05.2011 №2460767. Способ включает подготовку электрохимического сенсора, размещение электрохимического сенсора в электрохимической ячейке с электролитом и исследуемым образцом, детекцию сигнала окисления/восстановления посредством регистрирующего устройства. В процессе подготовки электрохимического сенсора его модифицируют адсорбирующим метаболиты клеток углеродным материалом. Затем осуществляют регистрацию сигналов окисления/восстановления адсорбированных на поверхности сенсора метаболитов клеток в норме и при патологии. По количеству и величине пиков сигнала окисления/восстановления определяют количество групп метаболитов и содержание метаболитов каждой из этих групп в исследуемых образцах. В устройстве для электрохимической оценки метаболической активности клеток, содержащем электрохимическую ячейку с погруженным в электролит и соединенным с регистрирующим устройством трехэлектродным сенсором, в качестве трехэлектродного сенсора используют печатный электрод. Однако, заявленный способ позволяет оценить только активность окислительно-восстановительных ферментов клеток и не имеет возможности оценить эффекты, связанные с действием гидролаз, трансфераз, изомераз и других ферментов, не участвующих в катализе окислительно-восстановительных реакций.

Задача заявляемого изобретения - расширить арсенал методов оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей.

Указанная задача решена путем разработки способа экспресс-оценки метаболического профиля исследуемых клеток, включающего субстраты и ингибиторы ферментов и метаболических путей указанных клеток, с помощью электрохимических преобразователей. Под термином «метаболический профиль» в настоящей заявке понимают совокупность реакций исследуемой клетки на определенные субстраты, ингибиторы и другие биологически активные вещества, позволяющую получить представление о биохимических процессах, имеющих место в клетке, ее ферментативном аппарате, ее подверженности воздействию указанных биологически активных веществ, характере такого воздействия на указанную клетку и ее состоянии в целом. Метаболический профиль можно представлять в виде таблицы или списка, в котором качественные, количественные или полуколичественные показатели реакции клетки сопоставлены с соответствующими соединениями, а также в графическом виде, например, в виде гистограммы, сетевой диаграммы, блок-схемы и т.д. Набор субстратов, ингибиторов и других биологически активных соединений, используемых для получения метаболического профиля, может включать 3, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 100 или более соединений и предпочтительно включает все возможные соединения, на которые может реагировать клетка. При использовании достаточно большого количества тестируемых соединений метаболический профиль является уникальным для типа рассматриваемых клеток и/или вида живых организмов и/или типа и состояния рассматриваемых клеток. Метаболические профили, в частности, можно использовать для составления банка данных метаболической активности клеток и тканей, применять в качестве эталонных профилей для сравнения с профилями других и/или аналогичных клеток после повреждающего или стимулирующего воздействия, для идентификации видов и/или тканей организмов, для диагностики заболеваний и физиологических состояний и других целей.

Резкое количественное снижение метаболической активности при воздействии цитотоксического фактора является показателем степени и интенсивности гибели или повреждения клеток, а последующее увеличение указанной активности со временем показателем их восстановления или регенерации. Таким образом, разрабатываемый способ может обеспечить ускоренную и достаточно точную оценку физиолого-биохимического состояния клеток в различных условиях при минимальных затратах на оборудование и расходные материалы.

Одной из ключевых особенностей аэробного метаболизма живых клеток является то, что практически любой катаболический процесс, связанный с получением энергии из химических соединений, в конечном итоге замыкается на компонентах электрон-транспортной дыхательной цепи (ЭТЦ), что приводит к поглощению кислорода клетками из окружающей среды. При интенсивных метаболических процессах это поглощение может приводить к существенному снижению концентрации кислорода в среде, которое может влиять на рост клеток. Этот факт общеизвестен в области микробиологии и биотехнологии, в особенности при культивировании в жидких средах, где во избежание нарушений процессов ферментации приходится контролировать уровень кислорода и интенсивно перемешивать культуральную среду. При этом уровень поглощения кислорода пропорционален метаболической активности клеток и зависит, с одной стороны, от природы субстрата, а с другой стороны - от ферментативного аппарата клетки и его состояния. Следовательно, поглощение кислорода при разложении и трансформации субстратов также можно использовать для метаболического профилирования и получения уникальных характеристик микроорганизмов в целях их идентификации. Сходный подход используется при конструировании так называемых микробных биосенсоров - датчиков, включающих электрохимический или электронно-оптический детектор и клетки микроорганизмов и используемых для оценки содержания специфического субстрата в анализируемой среде.

Способ экспресс-определения физиолого-биохимического состояния клеток и тканей основан, по аналогии с микробными биосенсорами, на применении стандартного электрохимического кислородного электрода Кларка. Исследуемые клетки локализованы путем иммобилизации или механической фиксации в области рабочей зоны электрода; таким образом, электрод осуществляет измерение концентрации растворенного кислорода в непосредственном окружении живых интактных клеток. Полученное устройство позволяет регистрировать интегральную активность ферментных систем клеток при введении различных субстратов с возможностью составления метаболических профилей; полученные профили, представляющие соотношение величин респираторной активности клеток в присутствии различных тестовых субстратов, можно использовать для оценки состояния указанных клеток. Например, сопоставление полученного профиля с эталонным профилем рассматриваемых клеток позволяет выявить различия между ними и сделать выводы о процессах, изменения в которых обуславливают эти различия, и, следовательно, о характере изменений в ходе исследуемого воздействия. Последовательное введение субстрата индуцируемого фермента или метаболического пути с регистрацией получаемого сигнала позволяет судить о скорости и степени индукции ферментов в реальном времени. Аналогично, введение ингибитора соответствующего фермента обеспечивает отслеживание степени ингибирования и возможного последующего восстановления активности фермента. Резкое количественное снижение метаболической активности при воздействии цитотоксического фактора является показателем степени и интенсивности гибели или повреждения клеток, а последующее увеличение указанной активности со временем - показателем их восстановления или регенерации. Таким образом, разрабатываемый способ обеспечивает ускоренную и точную оценку физиолого-биохимического состояния клеток в различных условиях при минимальных затратах на оборудование и расходные материалы.

Общеизвестно, что живые клетки и ткани любых организмов характеризуются разнообразием метаболических путей за счет экспрессируемых ими ферментов. Активность этих ферментов обеспечивает жизнеспособность клеток и опосредует все происходящие в них процессы. Характер и количественные характеристики этих процессов отражают физиолого-биохимическое состояние клеток и могут использоваться в целях диагностики и прогнозирования дальнейшего хода метаболических процессов, протекающих в них, что может находить применение в области медицины, биотехнологии, клеточных технологий, а также в биомедицинских фундаментальных и прикладных исследованиях. Важным аспектом методологических подходов, обеспечивающих реализацию описываемого принципа, является оценка метаболического профиля клеток.

Наиболее всеобъемлющие варианты таких подходов лежат в области метаболомики - направления клеточной биохимии и физиологии, занимающегося исследованием всей совокупности метаболитов и биохимических путей, присутствующих в клетке. В чистом виде метаболомические исследования сводятся к высвобождению клеточного содержимого, хроматографическому разделению компонентов и их идентификации посредством масс-спектрометрии, ИК-спектрометрии и ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В различных модификациях хроматографическое разделение может заменяться каппилярным электрофорезом, экстракцией интересующих исследователя компонентов, или простым центрифугированием с дальнейшей обработкой супернатанта. Хотя этот подход является трудоемким и дорогостоящим, он позволяет получить исчерпывающую информацию о биохимических особенностях клеток данного типа. В рамках метаболомики выделяют следующие основные направления:

метаболическое профилирование - выявление и количественная оценка выбранного числа заранее заданных метаболитов, относящихся к специфическим метаболическим путям. Это направление включает выделение исследуемых веществ из общей матрицы внутриклеточного материала и часто используется в фармацевтике для исследования потенциальных лекарств, продуктов биотранформации лекарственных соединений и влияние лекарственных препаратов на метаболизм организма.

метод метаболических «отпечатков пальцев» - глобальный анализ с целью биохимической классификации клеток или организмов. Включает математические или статистические скрининговые процедуры, позволяющие различать образцы различного происхождения. Обычно в нем не используют сложной процедуры пробоподготовки и разделения компонентов образца. Применяется с целью бактериологической или медицинской диагностики, оценки влияния различных заболеваний на метаболизм.

анализ метаболической мишени - количественный и качественный анализ одного или нескольких метаболитов, относящихся к специфическому пути или даже отдельно взятой реакции. В отличие от предыдущего направления, требует тщательной пробоподготовки и разделения образца. Применяется при специфических биохимико-физиологических исследованиях, посвященных влиянию специализированных факторов на конкретные ферменты или компоненты клетки.

метабономика - оценка изменений уровня эндогенных метаболитов в тканях и биологических жидкостях в результате заболевания, терапевтического или генетического вмешательства.

Очевидно, что данные направления в значительной степени перекрываются и дублируют друг друга. На настоящий день это направление все более активно используется в фармацевтике, токсикологии, геномике и клинической диагностике. Так, в 2007 г. было завершено знаковое исследование «Метаболом человека», позволившее создать базу данных Human Metabolome Database (HMDB) со сведениями о нескольких тысячах метаболитов, субстратов и химических агентов, так или иначе связанных с метаболизмом человека или оказывающих влияние на него.

Характерной особенностью метаболомики является широкий спектр вариантов ее возможного применения. Очевидно, что вышеописанные подходы при грамотном применении позволяют получить огромный объем информации о характеристиках исследуемого объекта, что открывает широкий простор для анализа взаимовлияния разнообразных факторов и обнаружения закономерностей, остающихся за кадром при использовании традиционных, более узкоспециализированных методов и подходов. Учитывая, что принципы метаболомики можно органично комбинировать с традиционными биохимическими, микробиологическими, физиологическими и др. методами, а также с геномными, транскриптомными, протеомными исследованиями (что в англоязычных текстах называется термином «multi-omics»), можно сказать, что данное направление может претендовать на роль универсального комплексного метода исследований биологических объектов на молекулярном уровне.

Несмотря на то, что определение метаболомики в классическом виде предусматривает использование масс-спектрометрии, ЯМР и других аналогичных методов, несложно заметить, что ряд широко используемых методологических направлений в области биохимии клеток, клинической диагностики, микробиологии и смежных дисциплин также использует подходы, по сути относящиеся к метаболическому профилированию, методу метаболических «отпечатков пальцев» или исследованию метаболических мишеней. Несмотря на использование более простой аппаратной части, при их реализации также оцениваются биохимические профили и реакции клеток на различные субстраты и составляются уникальные метаболические профили клеток.

Способ экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению включает следующие этапы:

получение исследуемых клеток путем культивирования или выделения из биологического образца;

иммобилизацию или механическую фиксацию исследуемых клеток непосредственно в области рабочей зоны электрохимического преобразователя;

помещение электрохимического преобразователя с клетками в среду, обеспечивающую доставку субстратов к клеткам;

количественное измерение изменений сигналов амперометрического преобразователя, обусловленных метаболической активностью клеток, любым удобным способом;

составление полного или частичного метаболического профиля исследуемых клеток, представляющего собой соотношение сигналов преобразователя при воздействии на клетки используемых субстратов или ингибиторов;

анализ полученного метаболического профиля исследуемых клеток с целью оценки физиолого-биохимического состояния указанных клеток.

В некоторых вариантах реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению клетки иммобилизуют в области рабочей зоны электрохимического преобразователя любым удобным путем, известным в данной области техники, включая, в числе прочего, адсорбцию на пористом носителе, фиксированном в указанной области, перекрестное связывание химических групп/лигандов на поверхности клеток с химическими структурами носителя, фиксированного в указанной области, способными реагировать с указанными группами/лигандами с образованием ковалентной связи, перекрестное связывание лигандов на поверхности клеток за счет аффинного взаимодействия со структурами носителя, фиксированного в указанной области, обладающими сродством к указанным лигандам, включение указанных клеток в гель или полимер с последующей фиксацией фрагмента указанного геля или полимера в указанной области, и механическую фиксацию клеток или фрагмента ткани в области рабочей зоны электрохимического преобразователя с использованием любых удобных средств и способов механической фиксации.

В некоторых вариантах реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению клетки наносят на рабочую зону амперометрического преобразователя.

В некоторых вариантах реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению клетки наносят на рабочую зону медиаторного электрода, причем исследуемый метаболический профиль указанных клеток отражает активность внутриклеточных или связанных с клеточной стенкой ферментов, осуществляющих окислительно-восстановительные реакции.

В некоторых вариантах реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению клетки наносят на рабочую зону перекисного электрода, причем исследуемый метаболический профиль указанных клеток отражает активность внутриклеточных или связанных с клеточной стенкой ферментов, осуществляющих реакции, ведущие к образованию и высвобождению из клетки перекисных соединений, например, пероксида водорода.

В некоторых вариантах реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению клетки наносят на рабочую зону кислородного электрода, включая, в числе прочего, кислородный электрод Кларка, причем исследуемый метаболический профиль указанных клеток отражает активность внутриклеточных или связанных с клеточной стенкой ферментов, осуществляющих реакции, ведущие к поглощению кислорода из среды или снижению поглощения кислорода из среды клетками, или увеличению концентрации кислорода в среде.

В некоторых вариантах реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению клетки наносят на рабочую зону потенциометрического преобразователя.

В некоторых вариантах реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению клетки наносят на рабочую зону ион-селективного электрода, причем исследуемый метаболический профиль указанных клеток отражает активность внутриклеточных или связанных с клеточной стенкой ферментов, осуществляющих реакции, ведущие к изменению концентрации соответствующего иона в непосредственном окружении клеток.

В еще одном варианте реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению клетки наносят на рабочую зону рН-электрода, причем исследуемый метаболический профиль указанных клеток отражает активность внутриклеточных или связанных с клеточной стенкой ферментов, осуществляющих реакции, ведущие к изменению концентрации кислых или щелочных продуктов в непосредственном окружении клеток.

В одном варианте реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению клетки наносят на рабочую зону кондуктометрического преобразователя, причем исследуемый метаболический профиль указанных клеток отражает активность внутриклеточных или связанных с клеточной стенкой ферментов, осуществляющих реакции, ведущие к изменению электропроводности среды в непосредственном окружении клеток.

В некоторых вариантах реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению среда, обеспечивающая доставку субстратов к клеткам, представляет собой водную среду, включая, в числе прочего, водный раствор неорганических и/или органических соединений, водный раствор неорганических солей, буферный раствор, например, трис-HCl буферный раствор, трис-фосфатный буферный раствор, цитратный буферный раствор, фосфатный буферный раствор, физиологический раствор с фосфатным буфером (PBS), или незабуференный водный раствор неорганических солей, например, незабуференный водный раствор хлорида натрия, незабуференный 0,9% (масс/масс) водный раствор хлорида натрия, или культуральную среду, не содержащую ростовых субстратов.

Вещества, используемые для оценки метаболического профиля клеток, включают любые органические или неорганические вещества, обладающие биологической активностью по отношению к данным клеткам, в концентрации, обеспечивающей такую активность, включая, в числе прочего, вещества, способные при добавлении в культуральную среду служить источником углерода и энергии для указанных клеток, вещества, способные при добавлении в культуральную среду служить источником азота для указанных клеток, вещества, являющиеся кофакторами ферментов указанных клеток, вещества, которые могут метаболизироваться ферментами указанных клеток, вещества, которые могут трансформироваться ферментами указанных клеток, вещества, которые могут связываться с лигандами на поверхности или внутри указанных клеток, вещества, являющиеся ингибиторами ферментов указанных клеток, вещества, оказывающие токсическое действие на указанные клетки, вещества, оказывающие стимулирующее действие на метаболическую активность указанных клеток, вещества, способные стимулировать регенерацию или размножение указанных клеток.

В некоторых вариантах реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению оценку метаболического профиля клеток осуществляют после воздействия на указанные клетки, включая, в числе прочего, воздействие, способное стимулировать метаболическую активность указанных клеток, воздействие, способное подавлять метаболическую активность указанных клеток, воздействие, способное вызывать гибель указанных клеток, воздействие, способное стимулировать регенерацию указанных клеток, и воздействие, способное стимулировать размножение указанных клеток.

В некоторых вариантах реализации способа экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению клетки, подвергаемые указанной оценке, представляют собой, в числе прочего, клетки прокариот, например, клетки бактерий, клетки цианобактерий или клетки архей, или клетки эукариот, например, клетки растений, клетки дрожжей, клетки мицелиальных грибов, клетки животных, например, клетки млекопитающих, например, клетки человека, или клетки, инфицированные вирусом, или опухолевые клетки, или клетки нескольких видов биологических организмов, или клетки нескольких тканей одного и того же организма, причем указанные клетки получают в результате культивирования, выделяют из биологического образца или иным способом, известным в данной области техники, например, указанные клетки могут находиться в срезе ткани.

В некоторых вариантах реализации способ экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей согласно настоящему изобретению применяют для, в числе прочего, оценки активности ферментов и/или метаболических путей в клетке, оценки индукции или репрессии ферментов и/или метаболических путей в клетке, оценки жизнеспособности клеток в заданных условиях, оценки реакции клеток на определенное воздействие, включая, в числе прочего, химическое, физическое или биологическое воздействие, оценки восстановления клеток после указанного воздействия, или сравнения метаболических профилей различных клеток и тканей между собой или с эталонным профилем.

Пример 1. Определение частичного метаболического профиля ткани печени крысы

Фрагмент среза ткани печении крысы (линия) массой ~ 15 мг и размером ~ 3×3×0.5 мм помещали на рабочую зону кислородного электрода Кларка и механически фиксировали с помощью капроновой сетки с плотностью ячеек 30 ячеек/см² и прижимного кольца. Электрод с клетками помещали в кювету, содержавшую 2 мл рабочей среды, представлявшей собой физиологический раствор с фосфатным буфером (рН 7,6), перемешиваемой с помощью магнитной мешалки, и тщательно промывали, несколько раз меняя раствор до установления стабильной приемлемой концентрации растворенного кислорода в окружении клеток (5-6 мг/л). В качестве субстратов для определения частичного метаболического профиля ткани печени использовали растворы глюкозы, фруктозы, лактозы, маннита, арабинозы, цитрата, L-глутамата, этанола и гидрохинона, конечная концентрация субстратов в кювете составляла 50 мМ. Регистрацию сигналов осуществляли на ПК, после завершения регистрации сигнала (~5-10 мин) электрод вместе с фрагментом ткани промывали путем многократной смены рабочей среды до восстановления исходного равновесного уровня кислорода в кювете (~5-15 мин). Используемый подход обеспечивал многократное использование фрагмента ткани без его замены. В качестве измеряемого параметра сигнала и условного показателя активности биомассы в данной системе использовали максимальную скорость изменения концентрации растворенного кислорода (мг/л) после внесения субстрата (мг О₂/л/с). Все измерения проводили в трех повторностях. Полученный метаболический профиль представлял собой соотношение сигналов электрода в присутствии указанных субстратов. Полученный метаболический профиль представлял собой соотношение сигналов электрода в присутствии указанных субстратов, отражавшее активность ряда метаболических путей в клетках печени, и был использован в качестве эталонного для следующего примера.

Пример 2. Определение степени токсического воздействия на ткань печени крысы

В данном примере использовали фрагмент среза ткани печении крысы, фиксированный на кислородном электроде Кларка, как описано в примере 1, характеризовавшийся тем же метаболическим профилем. В качестве контрольного субстрата для оценки изменений метаболической активности клеток ткани использовали 50 мМ раствор цитрата натрия. После контрольного измерения метаболической активности в присутствии цитрата натрия в трех повторностях в кювету вводили 100 мг/мл суспензию кларитромицина и инкубировали в течение 30 мин, полученные данные показали, что после введения кларитромицина происходит снижение ферментативной активности в печени и ее постепенное восстановление до уровня порядка 70% от исходного в течение 5 часов.

Таким образом, продемонстрирована возможность применения данного способа регистрируя снижение фоновой респираторной активности в результате угнетения клеток. Затем электрод с фрагментом ткани промывали путем многократной смены рабочей среды и повторно регистрировали сигнал электрода в присутствии цитрата каждые 30 мин. Полученные данные продемонстрировали возможность отслеживания угнетения ткани печени в результате токсического воздействия кларитромицина и ее частичное восстановление в отсутствие токсического воздействия.

Изобретение относится к области биохимии. Описан способ экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей, включающий составление полного или частичного метаболического профиля исследуемых клеток, представляющего собой соотношение сигналов электрохимического преобразователя при воздействии на клетки используемых субстратов или ингибиторов, и анализ полученного метаболического профиля исследуемых клеток. Технический результат заключается в расширении арсенала средств оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ экспресс-оценки физиолого-биохимического состояния клеток и тканей, включающий получение исследуемых клеток путем культивирования или выделения из биологического образца, иммобилизацию или механическую фиксацию исследуемых клеток непосредственно в области рабочей зоны электрохимического преобразователя, помещение электрохимического преобразователя с клетками в среду, обеспечивающую доставку субстратов к клеткам, количественное измерение изменений сигналов амперометрического преобразователя, обусловленных метаболической активностью клеток, составление полного или частичного метаболического профиля исследуемых клеток, представляющего собой соотношение сигналов преобразователя при воздействии на клетки используемых субстратов или ингибиторов, и анализ полученного метаболического профиля исследуемых клеток.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что клетки иммобилизуют в области рабочей зоны электрохимического преобразователя, причем используемые способы иммобилизации включают адсорбцию на пористом носителе, фиксированном в указанной области, включение указанных клеток в гель или полимер с последующей фиксацией фрагмента указанного геля или полимера в указанной области, и механическую фиксацию клеток или фрагмента ткани в области рабочей зоны электрохимического преобразователя.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исследуемый метаболический профиль указанных клеток отражает активность внутриклеточных или связанных с клеточной стенкой ферментов, осуществляющих окислительно-восстановительные реакции и/или реакции, ведущие к поглощению кислорода из среды, или снижению поглощения кислорода из среды клетками, или увеличению концентрации кислорода в среде.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что среда, обеспечивающая доставку субстратов к клеткам, представляет собой водный раствор неорганических и/или органических соединений, буферный раствор, физиологический раствор с фосфатным буфером (PBS) или незабуференный водный раствор неорганических солей.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вещества, используемые для оценки метаболического профиля клеток, включают органические или неорганические вещества, обладающие биологической активностью по отношению к данным клеткам, в концентрации, обеспечивающей такую активность, включая вещества, способные при добавлении в культуральную среду служить источником углерода и энергии для указанных клеток, вещества, которые могут метаболизироваться ферментами указанных клеток, вещества, которые могут трансформироваться ферментами указанных клеток, вещества, модулирующие активность ферментов указанных клеток, вещества, оказывающие токсическое действие на указанные клетки, вещества, оказывающие стимулирующее действие на метаболическую активность указанных клеток, вещества, способные стимулировать регенерацию или размножение указанных клеток.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исследуемые клетки представляют собой клетки прокариот, например, клетки бактерий, или клетки эукариот, например, клетки животных, например, клетки млекопитающих, например, клетки человека, или клетки различных видов биологических организмов, или клетки различных тканей одного и того же организма, причем указанные клетки получены в результате культивирования, выделены из биологического образца или находятся в срезе ткани.

7. Применение способа по п. 1 для оценки метаболической активности клетки, включая оценку активности ферментов и/или метаболических путей в клетке, оценку индукции или репрессии ферментов и/или метаболических путей в клетке, оценку жизнеспособности клеток, оценку реакции клеток на определенное воздействие, оценку восстановления клеток после указанного воздействия, или сравнение метаболических профилей различных клеток и тканей между собой или с эталонным профилем.