Om nyckeln till att vinna strider är att känna både din fiende och dig själv, då är forskare nu på god väg mot att bli medicinens Sun Tzus genom att ta ett jättesteg mot en ovärderlig fördel – förmågan att se soldaterna i aktion på slagfältet.

Utredare vid Virginia Tech Carilion Research Institute har uppfunnit ett sätt att direkt avbilda biologiska strukturer på deras mest grundläggande nivå och i deras naturliga livsmiljöer. Tekniken är ett stort framsteg mot det slutliga målet att avbilda biologiska processer i aktion på atomnivå.

"Det är ungefär som skillnaden mellan att se Han Solo frusen i karbonit och att se honom gå runt och spränga stormtroopers, sa Deborah Kelly, en biträdande professor vid VTC Research Institute och en huvudförfattare på tidningen som beskriver det första framgångsrika testet av den nya tekniken. "Ser virus, till exempel, i aktion i sin naturliga miljö är ovärderligt."

Tekniken går ut på att man tar två kiselnitridmikrochips med fönster etsade i mitten och pressar ihop dem tills det bara återstår ett 150 nanometers mellanrum mellan dem. Forskarna fyller sedan denna ficka med en vätska som liknar den naturliga miljön i den biologiska struktur som ska avbildas, skapa en mikrofluidkammare.

Sedan, eftersom fritt flytande strukturer ger bilder med dålig upplösning, forskarna täcker mikrochippens inre yta med ett lager av naturliga biologiska tjuder, som antikroppar, som naturligt tar tag i ett virus och håller det på plats.

I en nyligen genomförd studie i Lab on a Chip , Kelly gick med Sarah McDonald, också en biträdande professor vid VTC Research Institute, för att bevisa att tekniken fungerar.

McDonald tillhandahöll ett rent prov av rotavirus dubbelskiktade partiklar för studien.

"Det som saknas inom strukturbiologin just nu är dynamik – hur saker rör sig i tiden, " sa McDonald. "Debbie utvecklar teknologier för att överbrygga det gapet, eftersom det helt klart är nästa stora genombrott som strukturbiologin behöver."

Rotavirus är den vanligaste orsaken till svår diarré bland spädbarn och barn. Vid 5 års ålder, nästan alla barn i världen har smittats minst en gång. Och även om sjukdomen tenderar att vara lätt att hantera i den utvecklade världen, i utvecklingsländer dödar rotavirus mer än 450, 000 barn om året.

I det andra steget i patogenens livscykel, rotavirus fäller sitt yttre lager, som låter den komma in i en cell, och blir vad som kallas en dubbelskiktad partikel. När dess andra lager är exponerat, viruset är redo att börja använda cellens egen infrastruktur för att producera fler virus. Det var den virala strukturen i detta skede som forskarna avbildade i den nya studien.

Kelly och McDonald täckte det inre fönstret på mikrochippet med antikroppar mot viruset. Antikropparna, i tur och ordning, låstes på rotavirusen som injicerades i mikrofluidkammaren och höll dem på plats. Forskarna använde sedan ett transmissionselektronmikroskop för att avbilda det förberedda objektglaset.

Tekniken fungerade perfekt.

Experimentet gav resultat som liknade de som uppnåddes med traditionella frysmetoder för att förbereda rotavirus för elektronmikroskopi, bevisar att den nya tekniken kan ge korrekta resultat.

"Det är första gången forskare har avbildat något i denna skala i vätska, " sa Kelly.

Nästa steg är att fortsätta att utveckla tekniken med sikte på att avbilda biologiska strukturer dynamiskt i aktion.

Specifikt, McDonald vill förstå hur rotavirus samlas, för att bättre känna till och utveckla verktyg för att bekämpa just denna fiende till barns hälsa.

Forskarna sa att deras pågående samarbete är ett exempel på det tvärvetenskapliga arbetet som håller på att bli ett kännetecken för VTC Research Institute.

"Det är ett idealiskt samarbete eftersom Sarah tillhandahåller ett fenomenalt modellsystem genom vilket vi kan utveckla ny teknik för att föra området mikrostrukturell biologi framåt, " sa Kelly.

"Det är mycket win-win, McDonald tillade. "Medan viruset är ett utmärkt verktyg för Debbie att utveckla sina tekniker, hennes teknologi är avgörande för att jag ska kunna förstå hur detta dödliga virus samlas och förändras dynamiskt över tiden."