Experimentell uppställning (a) Schematisk övergång som observerats i närvaro av 0,2 M NaCl. Adsorberade GUV:er övergick inte alltid till SLB:er, och det är på dessa strukturer som domäner kan manipuleras. b Fluorescensbilder av adsorberade GUV som övergår till SLB. Som förväntat, området som omsluts av fluorescens omkrets (röd) ökade, och medelfluorescensintensiteten per ytenhet minskade vid SLB-avsättning. c Fluorescensbild och schematisk av Lo/Ld-domän på en adsorberad GUV, med lasern (röd) som fångar domängränssnittet. Domäner manipulerades vid 0,23 W (vid trap) lasereffekter. Alla skalstaplar = 10 µm. Kreditera: Kommunikationskemi (2019). DOI:10.1038/s42004-018-0101-4
För första gången, forskare har använt ljusstrålar för att manipulera lipidflottar i konstgjorda cellmembran.
Lipidflottar är domäner, eller områden, av protein och lipid (fetter) som flyter fritt i cellmembranen - protein- och lipidskiktet som omger en cell.
Dessa strukturer, som flyter i membranen som isberg, spelar viktiga men mystiska roller i cellulär signalering som ännu inte är helt förklarade.
Men fram till nu, vår förmåga att studera dem har varit begränsad – till stor del för att vi inte har kunnat flytta eller manipulera dem.
Ny forskning från Imperial College London har nu visat att optisk pincett, den laserbaserade tekniken som vann 2018 års Nobelpris i fysik, kan röra sig, smälta, sprida ut, och kristallisera artificiellt tillverkade lipidflottar när de strålar mot artificiella cellmembran. Dessa konstgjorda flottar skapades för att efterlikna lipidflotterna i biologiska cellmembran.
Författarna säger att deras fynd kan bidra till att förbättra vår förståelse av lipidflottars roll i viktiga biologiska processer som kommunikation och deras koppling till sjukdom.
Huvudförfattare Dr Yuval Elani, vid Imperials avdelning för kemi, sa:"Dessa lätta pincett har belyst en ny forskningsväg. Nu har vi makten att manipulera lipidflottar, vi kan upptäcka så mycket mer."
Forskningen publiceras i Nature Kommunikationskemi .
Lyser vägen
För att genomföra studien, forskarna skapade konstgjorda cellmembran som innehåller lipidflottar på objektglas. Under ett mikroskop, de lyste optiska pincettlasrar mot membranen.
När de slog på lasern och flyttade strålen, de hittade lipidflotterna flyttade med dem:
De fokuserade också laserns värme direkt på flottarna för att smälta dem, vilket fick dem att spridas i mindre bitar. Sedan, de stängde av lasern för att hitta de spridda bitarna kom samman igen i en kristallliknande form:
Dr Elani sa:"Vi ändrade laserns kraft för att leverera olika nivåer av värme i systemet, och kunde smälta domäner som hade olika smälttemperatur på grund av deras olika lipidsammansättning. Detta är ett snabbt och enkelt sätt att bestämma smälttemperaturen för domäner."
Dr Elani tillade:"Optisk pincett har tidigare använts för att studera en mängd cellulära processer - från veckning av proteiner, till verkan av ribosomer och manipulering av hela celler. Vår teknologi banar väg för en djup förståelse av den underliggande biofysiken hos lipidflottar och domäner, och av deras biologiska betydelse."
Medförfattare professor Oscar Ces, också från Imperials Department of Chemistry, sa:"2018, Arthur Ashkin vann Nobelpriset i fysik för att ha använt en optisk pincett för att fånga partiklar, atomer, molekyler, och levande celler med sina laserstråle-"fingrar". Nu har vi upptäckt ännu fler funktioner hos dessa fascinerande ljusstrålar."
Författarna säger att de kommer att behöva utveckla ny hårdvara för att få djupare insikter om hur lipidflottar påverkar sjukdomar, men först, de kommer att tillämpa tekniken på biologiska membran – sådana som inte är konstgjorda.
De hoppas att deras nästa forskningsstadium ytterligare kommer att förbättra vår förståelse av dessa mystiska lipidflottar.
"Direkt manipulation av vätskeordnade lipidmembrandomäner med hjälp av optiska fällor" av Mark S. Friddin, Guido Bolognesi, Ali Salehi-Reyhani, Oscar Ces, &Yuval Elani. Publicerad 29 januari 2019 i Nature Kommunikationskemi .
