I en första proof-of-concept-studie, forskare vid Ruhr-Universität Bochum (RUB) har kombinerat två mikroskopimetoder som gör både en cells yta och fördelningen av ett protein i cellen synlig, vid en upplösning i nanometerområdet. Metoden kan användas för levande celler. Det kan till exempel hjälpa till att analysera hur cancermetastaser bildas eller bedöma effekten av specifika läkemedel. Forskarna från nanoskopiarbetsgruppen vid Rubion, den centrala enheten för jonstrålar och radionuklider vid RUB, rapporterade sina fynd i den berömda tidskriften ACS Nano den 23 maj, 2018.

Ett första steg

Betydligt mindre än 250 nanometer, proteinkomplex kan inte avbildas i detalj med hjälp av ljusmikroskopitekniker. För att hitta en väg in, RUB-arbetsgruppen kombinerade stimulerad emissionsutarmningsmikroskopi (STED) med scanning ion conductance microscopy (SICM).

"STED-mikroskopi gör det möjligt för oss att analysera fördelningen av proteiner i hög upplösning. SICM underlättar högupplöst sondering av cellmembranet. Följaktligen, vi har kunnat koppla fördelningen av det cellulära proteinet aktin med nanostrukturen i cellmembranet, " förklarar Philipp Hagemann, Ph.D. forskare i arbetsgruppen. "Våra resultat utgör ett första steg mot högupplöst analys av ytstrukturen, dvs den biokemiska organisationen av cellen och dess omgivande membran, " utarbetar Dr Patrick Happel, chef för arbetsgruppen för nanoskopi.

Förstå cellmembranets roll

Cellmembranet är ett fettlager som omsluter varje cell, på så sätt separerar den från omgivningen. För att kunna kommunicera med sin omgivning, celler har ett antal olika proteiner som är inbäddade i cellmembranet och förmedlar yttre stimuli in i cellens inre. "Sättet proteiner är organiserade i cellmembranet, hur deras position förändras, och hur dessa förändringar är orkestrerade har ännu inte helt förstått, " säger Happel. Proteinerna i cellmembranet såväl som själva cellmembranet är viktiga faktorer i denna process, när celler ändrar sin position under sårläkning, under utveckling, och även medan cancermetastaser bildas. Forskare kallar denna process migration.

Även om cellmigration skiljer sig mellan olika celltyper, en vanlig aspekt är en expansion av cellmembranet i rörelseriktningen. Inuti organismen, migrerande celler måste röra sig genom extremt smala luckor mellan andra celler. Detta är endast möjligt om cellen är avsevärt deformerad, och om adhesionskomplex bildas vid cellens framkant och lösgörs vid bakkanten. Samspelet mellan dessa biokemiska och biofysiska processer har ännu knappt förståtts på molekylär nivå, eftersom det inte finns någon metod som kan övervaka denna dynamiska process i hög upplösning över en längre tidsperiod.

Tvådelad enhet planerad

"Vi har registrerat data successivt med olika enheter. vi kunde visa att vår metod gör nya analyser möjliga, " förklarar Astrid Gesper, Ph.D. forskare i arbetsgruppen.

För att underlätta analys i levande celler, teamet planerar att utveckla ett kombinerat instrument i nästa steg. "Kombinationen av båda metoderna kommer att göra transportprocesserna synliga i detalj – vilket också spelar en avgörande roll för riktad applicering av läkemedel via nanopartiklar, avslutar Patrick Happel.