Nano-Proyección de imagen Médica De Alta Resolución Usando Microscopia Atómica de la Fuerza

Temas Revestidos

Introducción
Preparación de la Muestra
Resultados
Conclusión
Bordee las Superficies Nanas de Bruker

Introducción

La causa primaria de la ceguera en el mundo es la formación de la catarata opaca en el lente cristalino del aro. Los factores de cabeza son exposición a largo plazo a la radiación o luz UV, pero la formación de la catarata puede también ser una consecuencia de ciertos formularios de la diabetes, hipertensión, y por supuesto, edad. Si está dejada no tratado, la enfermedad da lugar a ceguera y posiblemente a glaucoma progresivos. La microscopia Atómica de la fuerza (AFM) ha demostrado ser un método valioso para investigar aspectos estructurales de la formación de la catarata.

El lente del aro es el único tejido transparente en el cuerpo humano y es avascular. Las células lente-específicas pila de discos apretado en las distancias más pequeñas que la longitud de onda de la luz visible. Además, las células del lente han degradado sus organelos, tales como mitocondrias, y no pueden por lo tanto realizar metabolismo bioquímico oxidativo. La nutrición y la adherencia Celulares de la célula-célula confían en microdomains junctional en las membranas celulares para conectar las células del lente y sus citoplasmas. Estos microdomains junctional en la membrana de plasma de la célula del lente contienen las uniones de la separación que aseguran el transporte de metabilitos, de iones, y del agua entre las células, así como las uniones finas que son responsables de la adherencia de célula y riegan eventual transporte. Las uniones de la Separación son formadas por los connexons (un complejo integrado por seis moléculas del connexin), mientras que aquaporin-0 compone las uniones finas. Las Mutaciones en ambas proteínas dan lugar a la formación de una catarata.

Desde el revelado de la microscopia atómica de la fuerza (AFM), las mejoras espectaculares se han logrado en la proyección de imagen de alta resolución de las membranas reconstituidas, proteínas en cedazos cristalinos, aislaron las membranas nativas, y la vida las células procarióticas y eucarióticas. En estos estudios, el AFM se utiliza como herramienta que pueda proporcionar a la información estructural en la resolución del sub-nanómetro en muestras biológicas del interés. El uso de esta técnica, sin embargo, sigue restringido predominantemente a la investigación fundamental, y las aplicaciones concretas en remedio son escasas. En esta nota de aplicación, demostramos el utilitario del AFM en la delineación de la causa de cataratas. La proyección de imagen De Alta Resolución de las membranas nativas del lente y de los componentes de proteína constitutivos fue lograda usando un microscopio atómico modificado para requisitos particulares de la fuerza de Bruker.

Preparación de la Muestra

Inmediatamente después de cirugía de la catarata, las membranas fueron extraídas de los escombros de la catarata, y granuladas por la ultracentrifugación. La solución de la membrana fue inyectada en una gotita del almacenador intermediaro de la adsorción (Tris-Ácido clorhídrico pH 7,4, 150 milímetros de KCl, 25 milímetros MgCl de 10 milímetros2) encima de una hoja recientemente hendida de la mica. Después de la incubación, la muestra fue enjuagada usando el almacenador intermediaro del registro (Tris-Ácido clorhídrico pH 7,4, 150 milímetros de 10 milímetros de KCl).

La Proyección De Imagen fue realizada en las membranas celulares sanas y de la catarata del lente usando un Bruker modificado para requisitos particulares AFM equipado de un J-Analizador y de Olympus Si3N4 (longitud de 130 µm = el µm 100; k = 0,09 N/m). La fuerza del cargamento era ~100 pN y el tipo de exploración era 4-7 Hertz.

Resultados

Las imágenes del AFM de las membranas de la catarata revelaron las membranas celulares del bilayer del lípido adsorbidas al soporte de la mica. Estas membranas contuvieron los dominios de la proteína determinados como microdomains junctional que conectan las células adyacentes del lente. Los microdomains eran importante más grandes en membranas de la catarata que ésos observados en membranas de las células sanas. Los microdomains junctional de la membrana de la catarata fueron encontrados para ser compuestos exclusivamente de las proteínas del canal de la transmembrana AQP0. La resolución de Imagen era suficiente permitir la identificación de los bucles hélice-que conectaban individuales, que resaltan de la superficie de la membrana, de cerca de cuatro aminoácidos de largo; y estos datos coinciden de cerca con los modelos previstos. La resolución del sub-nanómetro de estas características fue extraída de imágenes topográficas y comparada a los datos previamente publicados sobre las membranas celulares sanas del lente de las ovejas.

Una comparación estructural sistemática entre las membranas sanas y de la catarata del lente reveló que, en células sanas del lente, las moléculas AQP0 están ordenadas bien en las pequeñas correcciones densas rodeadas y lindadas por los connexons. En gran contraste, las membranas del lente de la catarata no contuvieron connexons (véase el cuadro 1). Por consiguiente, las matrices de la unión aparecían aumentadas importante y malformadas en las membranas de las células del lente de la catarata.

Cuadro 1. imágenes de alta resolución de la topografía del AFM del modo de Contacto que muestran la subestructura en los canales individuales de la transmembrana en las ovejas sanas (dejadas) y las membranas celulares (derechas) humanas del lente de la catarata. En el caso sano, las moléculas de AQPO (proteínas tetraméricas cruciformes con un diámetro de 6nm) forman las correcciones pequeñas y regulares orladas por los connexons (proteínas hexameric flor-dadas forma con un diámetro de 8nm) que delimitan los microdomains de AQPO. En el caso patológico, los connexons están faltando.

Parecería que los connexons están degradados progresivamente durante el revelado de la catarata, llevando final a una ruptura de la nutrición de la célula del lente. Desde un punto de vista fisiológico, en una célula sana del lente el ensamblaje supramolecular de AQP0 y los connexons se requiere para la adherencia de célula con la formación de la unión, e ión normal, metabilito, y corriente entre las células adyacentes a través de uniones de la separación. Por Otra Parte, la distribución homogénea de microdomains junctional más pequeños permite una mejor conexión entre las células vecinas, disminuyendo la probabilidad de las áreas de no-adhesión de la membrana. En cambio, la ausencia de connexons de las membranas de las células del lente de la catarata da lugar a una distribución heterogénea de la adhesión/no-que se adhiere áreas de la membrana. Finalmente, los alimentos y los iones no se entregan a las células profundamente dentro del lente y los residuos acumulan (véase el cuadro 2). Estas células llegarán a ser malsanas y no podrán mantener la diapositiva, llevando final a la ceguera.

Cuadro 2. Representación de las diferencias estructurales entre (a) sano y las membranas de la catarata (b). En membranas sanas, la distribución themomogeneous de las áreas de contacto asegura la comunicación normal entre las células vecinas (c) mientras que en membranas de la catarata, la falta de connexons da lugar a la adherencia anormal de la célula-a-célula (d). Además, la ausencia de connexons en el tejido malsano da lugar a la acumulación celular del hambre y del desecho.

Conclusión

La proyección de imagen De Alta Resolución del AFM proporciona a medios de un ideal de investigar las diferencias estructurales entre las membranas celulares sanas y de la catarata del lente. Esto es un resultado muy prometedor en el empuje en curso para utilizar tecnología de SPM en la investigación de las causas de la enfermedad en el nivel molecular. El AFM tiene una capacidad establecida para analizar las moléculas individuales. Puesto Que está bien ahora validado que muchas patologías originan de desordenes moleculares, puede ser preveído que la técnica del AFM llegará a ser cada vez más importante en proyección de imagen médica en un futuro próximo.

Sobre las Superficies Nanas de Bruker

Bruker Nano proporciona a los productos Atómicos del Microscopio de la Fuerza/del Microscopio de la Antena de la Exploración (AFM/SPM) que se destacan de otros sistemas disponibles en el comercio para su diseño y facilidad de empleo robustos, mientras que mantiene el más de alta resolución. La carga de medición de NANOS, que es parte de todos nuestros instrumentos, emplea un interferómetro fibroóptico único para medir la desviación voladiza, que hace el compacto del ajuste tan que es no más grande que un objetivo estándar del microscopio de la investigación.

Fuente: “Avances hacia Nano-Proyección de imagen Médica por Microscopia Atómica De Alta Resolución de la Fuerza”.

Para más información sobre esta fuente visite por favor las Superficies Nanas de Bruker.

Date Added: Jun 22, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 21:26

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