Washington State University-forskare har för första gången visat att de kan använda elektriska fält för att få värdefull information om den lilla, flytande vesiklar som rör sig i djur och växter och är kritiskt viktiga för många biologiska funktioner.
Den nya tekniken kan göra det enklare och billigare för forskare att få viktig information om många biologiska processer – från att förstå spridningen av infektioner hos människor till att förbättra tekniker för läkemedelstillförsel. Leds av doktoranden Adnan Morshed och Prashanta Dutta, professor vid skolan för maskin- och materialteknik, verket publicerades i Fysiska granskningsvätskor .
Till grund för mycket av biologin är celler och, i ännu mindre skalor, cellliknande bubblor som flyter runt i vätska och gör kritiskt viktiga jobb. Så, till exempel, neuroner kommunicerar i vår hjärna genom vesiklar som bär information och kemikalier från en neuron till en annan. HIV-viruset är en annan liten vesikel. Över tid, vesikeln som bär HIV förändras och blir stelare, vilket tyder på att viruset blir mer smittsamt.
Men att studera egenskaperna hos dessa små och kritiskt viktiga cellulära säckar som färdas genom organismer i vätskor har varit svårt, speciellt när forskare kommer till de minsta flottörerna som är 40-100 nanometer stora. Att studera biologiska processer i små skalor, forskarna använder atomkraftmikroskop, som kräver att vesiklerna tas bort från deras naturliga flytande hem. Processen är dyr, besvärlig, och långsam. Vidare, genom att ta dem ur deras naturliga miljöer, de biologiska materialen uppvisar inte heller nödvändigtvis sitt naturliga beteende, sa Dutta.
WSU-forskargruppen har utvecklat ett system som använder ett mikrofluidbaserat system och elektriska fält för att bättre förstå vesiklar. I likhet med en livsmedelsbutikscheckare som identifierar produkter när de passeras över en skanner, forskarna applicerar elektriska fält i en vätska när vesikeln passerar genom en smal por. På grund av det elektriska fältet, vesikeln rör sig, deformerar, eller reagerar olika beroende på dess kemiska sammansättning. När det gäller HIV-vesiklar, till exempel, forskarna borde kunna se det elektriska fältet påverka de styvare, mer infektiös vesikel på ett annat sätt än en mer flexibel, mindre infektiös vesikel. För läkemedelstillförsel, systemet skulle kunna skilja en vesikel som innehåller mer eller mindre av ett läkemedel – även om de två cellerna kan se identiska ut under ett mikroskop.
"Vårt system är billigt och hög genomströmning, " sa Dutta. "Vi kan verkligen skanna hundratals prover åt gången."
Han tillade att de kan ändra hastigheten på processen för att tillåta forskare att mer noggrant observera egenskapsförändringar.
Forskarna utvecklade en modell och testade den med syntetiska liposomer, små säckar som används för riktad läkemedelstillförsel. De hoppas kunna börja testa processen snart med mer realistiska biologiska material.
