Om du tittar på de komplexa processerna i en levande cell, det är lätt att missa något viktigt – särskilt om du ser förändringar som tar lång tid att utvecklas och som kräver högupplöst bildbehandling. Men ny forskning gör det möjligt att granska aktiviteter som sker under timmar eller till och med dagar inuti celler, potentiellt lösa många av mysterierna i samband med händelser i molekylär skala som inträffar i dessa små levande varelser.

En gemensam forskargrupp, arbetar vid National Institute of Standards and Technology och National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), har upptäckt en metod för att använda nanopartiklar för att belysa cellernas inre för att avslöja dessa långsamma processer. Nanopartiklar, tusentals gånger mindre än en cell, har en mängd olika applikationer. En typ av nanopartikel som kallas en kvantpunkt lyser när den utsätts för ljus. Dessa halvledarpartiklar kan beläggas med organiska material, som är skräddarsydda för att attraheras av specifika proteiner inom den del av en cell som en forskare vill undersöka.

"Kvantprickar håller längre än många organiska färgämnen och fluorescerande proteiner som vi tidigare använde för att belysa cellers inre, "säger biofysikern Jeeseong Hwang, som ledde laget på NIST-sidan. "De har också fördelen av att övervaka förändringar i cellulära processer medan de flesta högupplösta tekniker som elektronmikroskopi endast ger bilder av cellulära processer som fryses i ett ögonblick. Med hjälp av kvantprickar, vi kan nu belysa cellulära processer som involverar proteiners dynamiska rörelser."

För deras senaste studie, teamet fokuserade främst på att karakterisera kvantprickegenskaper, kontrasterar dem med andra bildtekniker. I ett exempel, de använde kvantprickar utformade för att rikta in sig på en specifik typ av humant röda blodkroppsprotein som utgör en del av en nätverksstruktur i cellens inre membran. När dessa proteiner samlas i en frisk cell, nätverket ger mekanisk flexibilitet till cellen så att den kan klämma sig igenom trånga kapillärer och andra trånga utrymmen. Men när cellen blir infekterad med malariaparasiten, nätverksproteinets struktur förändras.

"Eftersom klustringsmekanismen inte är väl förstådd, vi bestämde oss för att undersöka det med prickarna, "säger NIAID biofysiker Fuyuki Tokumasu." Vi tänkte om vi kunde utveckla en teknik för att visualisera klusteringen, vi kan lära oss något om utvecklingen av en malariainfektion, som har flera distinkta utvecklingsstadier."

Teamets ansträngningar avslöjade att när membranproteinerna samlas, kvantprickarna fästa vid dem induceras att klunga sig själva och lysa starkare, tillåta forskare att se hur klustringen av proteiner fortskrider. Mer allmänt, teamet fann att när kvantprickar fäster sig till andra nanomaterial, prickarnas optiska egenskaper ändras på unika sätt i varje fall. De hittade också bevis för att kvantpunktsoptiska egenskaper förändras när miljön i nanoskala förändras, erbjuder större möjlighet att använda kvantprickar för att känna av den lokala biokemiska miljön inuti cellerna.

"Vissa oro kvarstår över toxicitet och andra egenskaper, "Hwang säger, "men totalt, våra fynd indikerar att kvantpunkter kan vara ett värdefullt verktyg för att undersöka dynamiska cellulära processer. "

Mer information: H. Kang, F. Tokumasu, M. Clarke, Z. Zhou, J. Tang, T. Nguyen och J. Hwang. Undersöka dynamiska fluorescensegenskaper hos enkla och klustrade kvantprickar mot kvantitativ biomedicinsk avbildning av celler. WIREs Nanomedicin och nanobioteknologi . Tidig visning online på wires.wiley.com/WileyCDA/Wires… .html? PageType =tidigt.

Källa:National Institute of Standards and Technology (nyheter:webb)