Η νέα μέθοδος απεικόνισης δίνει μια ζωντανή ματιά στον τρόπο λειτουργίας των κυττάρων

Πίστωση: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

Συνδυάζοντας δύο μεθόδους μικροσκοπίας, οι ερευνητές του EPFL είναι σε θέση να δουν ταυτόχρονα τι συμβαίνει μέσα σε ένα κύτταρο και στη μεμβράνη του, δίνοντας άνευ προηγουμένου εικόνα για τις κυτταρικές διεργασίες που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της μόλυνσης, για παράδειγμα.


Τα κύτταρα είναι το βασικό συστατικό των ζωντανών οργανισμών και φιλοξενούν μια σειρά από πολύπλοκα βιολογικά φαινόμενα. Οι ερευνητές πρέπει να είναι σε θέση να μελετήσουν λεπτομερώς αυτά τα φαινόμενα προκειμένου να κατανοήσουν συγκεκριμένους τύπους διαταραχών και ασθενειών και στη συνέχεια να αναπτύξουν αποτελεσματικές θεραπείες. Αλλά παρακολουθήστε ενεργά τη ζωή κύτταρα Σε μικρο ή νανο κλίμακα είναι ακόμα μια πρόκληση. Συνδυάζοντας δύο διαφορετικές μεθόδους μικροσκοπίας, ερευνητές EPFL από δύο διαφορετικά εργαστήρια ανέπτυξαν ένα σύστημα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση ζωντανών κυττάρων σε δράση με απαράμιλλη ακρίβεια. Τα ευρήματά τους εμφανίζονται σε δύο άρθρα: το ένα δημοσιεύτηκε στο Επικοινωνίες για τη φύση τον Ιούλιο και το άλλο δημοσιεύεται σήμερα στο ACS νανο.

«Οι επί του παρόντος διαθέσιμες μέθοδοι θέτουν αρκετές τεχνικές προκλήσεις που πρέπει να παρακολουθούνται ζωντανά κύτταρα Σε ένα τέτοιο επίπεδο κοκκώδους», λέει ο George Vantner, επικεφαλής του EPFL Laboratory for Biological and Nano Materials (LBNI)». Τεχνικές όπως Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο Επιτρέπει απαράμιλλη ακρίβεια της κυτταρικής επιφάνειας σε νανοκλίμακα, αλλά απαιτεί τα δείγματα να τοποθετούνται υπό κενό και να βομβαρδίζονται τα ηλεκτρόνια. Οι οργανισμοί απλά δεν μπορούν να επιβιώσουν αυτού του τύπου θεραπείας. Μια άλλη κοινή μέθοδος είναι η μικροσκοπία φθορισμού. Αν και σας επιτρέπει να παρατηρήσετε δείγματα χωρίς να τα καταστρέψετε, είναι δύσκολο να λάβετε αρκετή ανάλυση για να επιλύσετε την τρισδιάστατη επιφάνεια ενός κυττάρου. Επιπλέον, η απαιτούμενη δόση φωτονίων μπορεί να προκαλέσει βλάβη στα κύτταρα».

Ως εκ τούτου, οι ερευνητές του EPFL αποφάσισαν να συνδυάσουν δύο συμπληρωματικά μικροσκόπια για να παρατηρήσουν την κυτταρική επιφάνεια και τη μοριακή δραστηριότητα στο εσωτερικό, τα οποία είναι ελάχιστα επεμβατικά για τα ζωντανά κύτταρα. Έχουν συνδυάσει στοχαστική απεικόνιση οπτικής ταλάντωσης (SOFI), η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προβολή μορίων-στόχων και φαινομένων που συμβαίνουν μέσα στα κύτταρα, με Μικροσκοπική εξέταση του ανιχνευτή (ή, πιο συγκεκριμένα, μικροσκοπία αγωγιμότητας ιόντων – SICM). Η μικροσκοπία ανιχνευτή γενικά περιλαμβάνει την απευθείας επαφή ενός δείγματος κυττάρου με την άκρη ενός ανιχνευτή προκειμένου να αποκαλυφθεί η επιφάνειά του και να χαρτογραφηθεί η τοπογραφία του. Ωστόσο, η μηχανική επαφή μεταξύ του δείγματος και του άκρου είναι επιζήμια για την παρατήρηση ζωντανών κυττάρων επειδή διαταράσσει την αρχική κατάσταση των κυττάρων. Ως εκ τούτου, η ομάδα EPFL ανέπτυξε ένα μικροσκόπιο στο οποίο ο φυσικός ανιχνευτής αντικαθίσταται με μια γυάλινη νανοτρύπα που μετρά τη ροή των ιόντων για να ανιχνεύσει την επιφάνεια του κυττάρου χωρίς επαφή.

Πίστωση: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

Όλα είναι θέμα αλληλεπίδρασης

Ο συνδυασμός αυτών των δύο μεθόδων ανοίγει το δρόμο για πρωτοφανείς επιστημονικές παρατηρήσεις. Ενώ μικροσκόπιο φθορισμού Δίνοντας στους ερευνητές μια ματιά μέσα σε μεμονωμένα κύτταρα, η μικροσκοπία σάρωσης ιοντικής αγωγιμότητας τους επιτρέπει να δημιουργούν τρισδιάστατες τοπογραφικές εικόνες των κυτταρικών μεμβρανών. Έτσι, το EPFL επιτρέπει στους ερευνητές να βλέπουν το εσωτερικό και το εξωτερικό μέρος των κυττάρων ταυτόχρονα, δίνοντάς τους πολύτιμη εικόνα για τους δεσμούς μεταξύ φαινομένων που συμβαίνουν ταυτόχρονα σε αυτά τα δύο φαινόμενα. διαφορετικούς τόπους.

«Η κυτταρική μεμβράνη είναι το σημείο που αλληλεπιδρά με το περιβάλλον της», λέει ο Samuel Mendes Leitão, Ph.D. Ένας φοιτητής στο LBNI ανέπτυξε το μικροσκόπιο SICM. “Είναι όπου συμβαίνουν πολλές βιολογικές διεργασίες και μορφολογικές αλλαγές, όπως κατά τη διάρκεια της κυτταρικής μόλυνσης. Το σύστημά μας επιτρέπει στους ερευνητές να αναλύσουν τις μοριακές ρυθμίσεις μέσα στο κύτταρο και να χαρτογραφήσουν πώς σχετίζονται με τη δυναμική της μεμβράνης. Επιπλέον, μπορούμε τώρα να παρακολουθήσουμε αυτές τις δυναμικές με μεγάλη λεπτομέρεια για χρονικές κλίμακες μικρότερης του ενός δευτερολέπτου Η ικανότητα συνεχούς απεικόνισης σε νανοκλίμακα για εκτεταμένες περιόδους είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις σε ένα ζωντανό κύτταρο μικροσκοπία, επειδή τα κύτταρα είναι πολύ ευαίσθητα σε μικρές διαταραχές».

Βελτιωμένη ποιότητα εικόνας

Βιτώτας Ναβίκας, Ph.D. Ένας φοιτητής στο Εργαστήριο Νανοβιολογίας του EPFL (LBEN) ανέπτυξε τα οπτικά στοιχεία του συστήματος: “Ένα άλλο πλεονέκτημα του συνδυασμού των δύο μεθόδων είναι ότι βελτιώνει απίστευτα την ποιότητα της εικόνας. Τώρα μπορούμε να παρακολουθήσουμε κυτταρικές διεργασίες Με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια.

Η ομάδα του EPFL πιστεύει ότι το σύστημά τους, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση φαινομένων όπως η κίνηση των κυττάρων, η διαφοροποίηση και η επικοινωνία κυττάρου-κυττάρου, ανοίγει πολλούς νέους τομείς έρευνας. Μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο στη βιολογία των λοιμώξεων, την ανοσολογία και τη νευροεπιστήμη – τομείς όπου είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς ένα κύτταρο αντιδρά σε πραγματικό χρόνο σε ένα εξωτερικό ερέθισμα.

Αυτή η μελέτη είναι επίσης ένα καλό παράδειγμα του είδους της σημαντικής ανακάλυψης που μπορεί να συμβεί όταν ερευνητές από δύο διαφορετικά εργαστήρια στο EPFL συνδέονται και συνδυάζουν την τεχνογνωσία τους για την επιδίωξη ενός κοινού στόχου.


Μια ματιά στα ζωντανά κύτταρα μέχρι μεμονωμένα μόρια


περισσότερες πληροφορίες:
Samuel M. Leitao et al., Time-resolved scanning ionic conductivity microscopy of 3D tracking of nanoscale cell surface dynamics, ACS νανο (2021). DOI: 10.1021 / acsnano.1c05202

το απόσπασμα: Νέα μέθοδος απεικόνισης δίνει μια ζωντανή ματιά στον τρόπο λειτουργίας των κυττάρων (2021, 10 Νοεμβρίου) Ανακτήθηκε στις 10 Νοεμβρίου 2021 από τη https://phys.org/news/2021-11-imaging-method-glimpse-cells.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Οι απατεώνες μαύρες τρύπες περιφέρονται στον Γαλαξία πιο συνηθισμένες από ό, τι πιστεύαμε

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *