Framsteg när det gäller att förstå rotationsrörelse i levande celler kan hjälpa forskare att belysa orsakerna till dödliga sjukdomar, som Alzheimers, enligt Ning Fang, en associerad forskare vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory och fakultetsmedlem vid Iowa State University.

I en artikel med titeln "Resolving Rotational Motions of Nano-objects in Engineered Environments and Live Cells with Gold Nanorods and Differential Interference Contrast Microscopy" publicerad i 2 november-numret av Journal of the American Chemical Society , och en artikel i pressen ACS Nano , Fang och hans forskargrupp skriver om inverkan av differentiell interferenskontrastmikroskopi på att avslöja nanopartikelrörelser i levande celler.

I människokroppen, många biologiska nanomaskiner utför olika funktioner. Men enligt Fang, forskare har bara en begränsad förståelse för hur dessa nanomaskiner fungerar, speciellt i cellulära miljöer. Och eftersom fel på någon av dessa nanomaskiner kan leda till sjukdomar, som Alzheimers, det finns ett stort behov av nya tekniker för att undersöka kompositionen, dynamik och arbetsmekanismer hos dessa nanomaskiner.

För att förstå hur dessa nanomaskiner fungerar, forskare tittar på olika typer av rörelse i nanomaskiner som är avgörande för deras funktion. Translationsrörelse, eller rörelse där ett objekts position ändras, kan spåras genom en mängd olika nuvarande tekniker. Dock, rotationsrörelse, vilket är lika viktigt och grundläggande som translationell rörelse, var i stort sett okänd på grund av tekniska begränsningar.

Tidigare tekniker, såsom partikelspårning eller enkelmolekylär fluorescenspolarisation, endast tillät rotationsrörelse att lösas in vitro, som i en petriskål. I sin forskning, Fangs grupp har gått längre än att studera rörelser i in vitro-miljön till att avbilda rotationsrörelser i in vivo, eller levande cell, miljö.

Att göra detta, de förlitar sig på användningen av guld nanorods, som bara är 25 gånger 73 nanometer stora (ett välpackat knippe på 1000 nanorods har samma diameter som ett människohår). I levande celler, dessa giftfria nanorods sprider ljus olika beroende på deras orientering. Med hjälp av en teknik som kallas differentiell interferenskontrastmikroskopi, eller DIC, Fangs team kan fånga både orienteringen och positionen för guldnanoroderna förutom den optiska bilden av cellen och, Således, avslöjar en partikels 5D (3 rumsliga koordinater och 2 orienteringsvinklar) rörelse inom levande celler.

"DIC föreställande av denna guld nanorod hjälper till att ge oss hög vinkelupplösning, säger Fang.

"Denna nya teknik öppnar dörrar för att förstå hur mekanismen för levande nanomaskiner fungerar genom att avslöja deras komplexa inre rörelser, ", sa Fang. "Att studera rotationsrörelser på nanometerskala inuti en levande cell är bara något som aldrig har gjorts förut." Han tillade att förståelse för denna rotationsrörelse är viktigt i kampen mot sjukdomar, som Alzheimers, eftersom det kan hjälpa forskare att bättre förstå hur neuroner påverkas av miljön.