Biofysiker från Utrecht University har utvecklat en strategi för att använda ljusemitterande nanokristaller som markör i levande celler. Genom att registrera rörelserna för dessa kvantpunkter, de kan klargöra cytoskeletets struktur och dynamik. Deras resultat publicerades idag i Naturkommunikation .

De kvantprickar som forskarna använder är partiklar av halvledande material som bara är några nanometer breda, och är föremål för stort intresse på grund av deras potential för användning i solceller eller datorer. "Det fina med dessa partiklar är att de absorberar ljus och avger det i en annan färg, "förklarar forskningsledaren Lukas Kapitein." Vi använder den egenskapen för att följa deras rörelser genom cellen med ett mikroskop. "

Men för att göra det, kvantprickarna måste sättas in i cellen. De flesta nuvarande tekniker resulterar i prickar som finns inuti mikroskopiska vesiklar omgivna av ett membran, men detta hindrar dem från att röra sig fritt. Dock, forskarna lyckades direkt leverera partiklarna till odlade celler genom att applicera ett starkt elektromagnetiskt fält som skapade övergående öppningar i cellmembranet. I deras artikel, de beskriver hur denna elektroporationsprocess tillät dem att sätta in kvantprickarna inuti cellen.

Extremt ljus

När den väl har satts in, kvantprickarna börjar röra sig under påverkan av diffusion. Kapitein:"Sedan Einstein, vi har vetat att rörelsen av synliga partiklar kan ge information om egenskaperna hos lösningen som de rör sig i. Tidigare forskning har visat att partiklar rör sig ganska långsamt inuti cellen, vilket indikerar att cytoplasman är en viskös vätska. Men eftersom våra partiklar är extremt ljusa, vi kunde filma dem i hög hastighet, och vi observerade att många partiklar också gör mycket snabbare rörelser som hittills varit osynliga. Vi registrerade rörelserna med 400 bilder per minut, mer än 10 gånger snabbare än vanlig video. Vid den mäthastigheten, vi observerade att vissa kvantpunkter faktiskt rör sig väldigt långsamt, men andra kan vara väldigt snabba. "

Kapitein är särskilt intresserad av den rumsliga fördelningen mellan de långsamma och snabba kvantpunkterna:vid cellens kanter, vätskan verkar vara mycket viskös, men djupare i cellen observerade han mycket snabbare partiklar. Kapitein:"Vi har visat att den långsamma rörelsen sker eftersom partiklarna fångas i ett dynamiskt nätverk av proteintubuli som kallas aktinfilament, som är vanligare nära cellmembranet. Så partiklarna måste röra sig genom hålen i det nätverket. "

Motorproteiner

Förutom att studera denna passiva transportprocess, forskarna har utvecklat en teknik för att aktivt flytta kvantprickarna genom att binda dem till en mängd specifika motorproteiner. Dessa motorproteiner rör sig längs mikrotubuli, de andra filamenten i cytoskelettet, och är ansvariga för transport inom cellen. Detta gjorde det möjligt för dem att studera hur denna transport påverkas av den täta layouten av aktinnätet nära cellmembranet. De observerade att detta skiljer sig åt för olika typer av motorprotein, eftersom de rör sig längs olika typer av mikrotubuli. Kapitein:"Aktiv och passiv transport är båda mycket viktiga för cellens funktion, så flera olika fysikmodeller har föreslagits för transport inom cellen. Våra resultat visar att sådana fysiska modeller också måste ta hänsyn till de rumsliga variationerna i cellkompositionen. "