En forskargrupp ledd av professor Dae-ha Seo vid institutionen för fysik och kemi, Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, har framgångsrikt utvecklat en ny teknik för optisk mikroskopianalys – känd som lipid-MAP – som kan observera den mikroskopiska fasseparationen i cellmembranet.
Denna nya teknologi, som kombinerar traditionell mikroskopi med nanokemi och maskininlärning, förväntas erbjuda en viktig experimentell strategi för att utforska hur cellsignalering regleras på enmolekylnivå. Studien är publicerad i tidskriften Analytical Chemistry .
Celler, som är omgivna av cellmembranet, är de grundläggande byggstenarna i alla levande organismer. En nanoskala, mikroskopisk och ö-liknande lipidstruktur finns i cellmembranet. Strukturen spelar en avgörande roll i interaktionen mellan biomolekyler, kemiska reaktioner och signalering. Det är dock svårt att direkt observera strukturen med befintliga observationsmetoder.
Med hjälp av nanosonder av guld och maskininlärningsteknik lyckades ett forskarlag under ledning av professor Dae-ha Seo kvantitativt identifiera strukturella egenskaper på nanonivå. Genom fenomenet ytplasmonresonans har guldnanopartiklar egenskapen att ljussprida ljus. Med hjälp av denna egenskap implementerade forskargruppen ett system som tillåter direkt observation av enskilda molekylers rörelse genom att binda guldnanopartiklar till lipidmolekyler.
Genom att introducera en analysteknik baserad på maskininlärningsalgoritmer upptäckte forskargruppen förändringar i lipidmolekylernas rörelse under en kort tidsperiod (0,01 till 0,1 sekunder) och identifierade därigenom framgångsrikt mikrofasseparationsstrukturen i cellmembranet .
Mikrolipidöstrukturen, även känd som lipidflotten, är känd för att huvudsakligen bestå av kolesterol och mättade lipider, som samlas lokalt. Forskargruppen bekräftade att strukturens storlek och egenskaper bestäms av cellmembranets molekylära sammansättning och avslöjade att den kan förändras beroende på kolesterolhalten i cellmembranet eller på grund av andra olika miljöfaktorer.
Professor Seo sa:"Detta är den första tekniken för att avbilda lipidflottar i realtid över ett brett spektrum, och dess rumsliga och tidsmässiga upplösning är enastående. Jag hoppas att forskningsresultaten kommer att fungera som en grund för att i grunden förstå cellfunktion och sjukdomsmekanismer. , och kommer att utvecklas till precisionsdiagnostik för sjukdomar."
Mer information: Jiseong Park et al, Analys av fasheterogenitet i lipidmembraner med användning av enkelmolekylär spårning i levande celler, Analytisk kemi (2023). DOI:10.1021/acs.analchem.3c02655
Journalinformation: Analytisk kemi
Tillhandahålls av Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)
