原子力の顕微鏡検査を使用して高解像の医学 Nano イメージ投射

カバーされるトピック

導入
サンプル準備
結果
結論
Bruker の Nano 表面を接して下さい

導入

世界の盲目の一次原因は目の結晶レンズの不透明な激流の形成です。 一流の要因は放射への長期露出または紫外線です、しかし激流の形成はまた年齢糖尿病、高血圧のある特定の形式の結果、および当然である、場合もあります。 未処理を残されたら、病気は進歩的な盲目および多分緑内障で起因します。 原子力の顕微鏡検査は (AFM)激流の形成の構造面を調査するための貴重な方法であると証明しました。

目のレンズは人体の唯一の透過ティッシュであり、 avascular です。 レンズ特定のセルは可視ライトの波長より小さい間隔で堅く詰まります。 さらに従って、レンズのセルは細胞器官を、 mitochondria のような低下させ、酸化生化学的な新陳代謝を遂行してないです。 細胞栄養物およびセルセル付着は細胞膜の junctional microdomains にレンズのセルおよび細胞質を接続するために頼ります。 レンズのセル血しょう膜のこれらの junctional microdomains はセル間の代謝物質、イオンおよび水の輸送を保障する、また細胞粘着に責任があり、結局輸送に水をまく薄い接続点を含んでいますギャップの接続点を。 ギャップの接続点は connexons (6 つの connexin の分子で構成される複合体) によって aquaporin-0 が薄い接続点を構成する一方、形作られます。 両方の蛋白質の突然変異は激流の形成で起因します。

原子力の顕微鏡検査の開発以来 (AFM)、劇的な改善は再構成された膜、結晶の格子の蛋白質の高解像イメージ投射で達成されましたり、ネイティブ膜および prokaryotic および eukaryotic 生存をセル隔離しました。 これらの調査では、 AFM は興味の生物的サンプルで副ナノメーターの解像度で構造的情報を提供できるツールとして使用されます。 しかしこの技術の使用は基本的な研究に predominately 制限されて残り、薬の具体的なアプリケーションは希薄です。 このアプリケーションノートでは、私達は激流の原因の輪郭を描くことの AFM のユーティリティを示します。 ネイティブレンズの膜および構成する蛋白質コンポーネントの高解像イメージ投射はカスタマイズされた Bruker 原子力の顕微鏡を使用して達成されました。

サンプル準備

激流の外科の直後に、膜は激流の残骸から得られ、 ultracentrifugation によって小球形にされました。 膜の解決は吸着バッファ (KCl 10 の mM Tris HCl pH 7.4、 150 の mM、 25 の mM MgCl) のしぶきに2新たに裂かれた雲母シートの上に注入されました。 孵化の後で、サンプルは記録バッファ (KCl 10 の mM Tris HCl pH 7.4、 150 の mM の) を使用して洗われました。

イメージ投射は 130 の µm の J スキャンナーおよびオリンパス Si3N4 (長さ装備されているカスタマイズされた Bruker AFM を使用して健全なおよび激流レンズの細胞膜で = 100 µm が行われました; k = 0.09 N/m)。 ローディング力は ~100 pN であり、スキャンレートは 4-7 の Hz でした。

結果

激流の膜の AFM の画像は雲母サポートに吸着された脂質の bilayer の細胞膜を明らかにしました。 これらの膜は隣接したレンズのセルを接続する junctional microdomains として識別された蛋白質の領域を含んでいました。 microdomains は健全なセルからの膜で観察されたそれらより激流の膜でかなり大きかったです。 激流の膜の junctional microdomains は AQP0 transmembrane チャネル蛋白質で専ら構成されると見つけられました。 解像度は膜の表面から突出る長さが約 4 アミノ酸の個々の螺旋形接続のループの識別を許可して十分でした; そしてこれらのデータは予測されたモデルと密接に一致します。 これらの機能の副ナノメーターの解像度は地勢画像から得られ、健全なヒツジレンズの細胞膜の前に出版されたデータと比較されました。

健全なおよび激流レンズの膜間の組織的構造比較は、健全なレンズのセルに、 AQP0 分子が connexons によって囲まれ、制限される小さく密なパッチで整然としていることを明らかにしました。 際立った対照では、激流レンズの膜は connexons を含みませんでした (図 1) を見て下さい。 結果として、接続点のアレイは激流レンズのセルの膜でかなり拡大され、形式が間違っていたようです。

健全なヒツジ (残っている) および人間の激流 (右の) レンズの細胞膜で基礎工事を示す個々の transmembrane チャネルの図 1. 接触モード高解像 AFM の地形の画像。 健全なケースでは、 AQPO の分子 (6nm の直径が付いている交差型の tetrameric 蛋白質) は AQPO の microdomains を区切る connexons (8nm の直径が付いている花型の hexameric 蛋白質) によって研がれる小さく、規則的なパッチを形作ります。 病理学のケースでは、 connexons は欠けています。

それは connexons が最終的にレンズのセル栄養物の故障の原因となる激流の開発の間に漸進的に、低下することによう。 健全なレンズのセルの生理学的な視点から、 AQP0 の supramolecular アセンブリはおよび connexons 接続点の形成による細胞粘着に、またギャップの接続点を通した隣接セル間の正常なイオン、代謝物質および水流必要となります。 さらに、より小さい junctional microdomains の同質な分布は非付着の膜領域の確率を減らす隣のセル間のよりよい接続を可能にします。 それに対して、激流レンズのセルの膜からの connexons の不在は膜領域を非付着させるの異質分布で付着/起因します。 最後に、栄養素およびイオンはレンズの中のセルに深く渡されないし、廃棄物は集まります (図 2) を見て下さい。 これらのセルは不健康になり、最終的に盲目の原因となる過透性を、維持できません。

健全な (a) と激流 (b) の膜の構造違いの図 2. 表示。 健全な膜では、接触域の themomogeneous 分布は異常なセルにセル付着 (d) で近隣のセル (c) 間の正常な通信連絡を一方激流の膜で、 connexons の欠乏起因します保障します。 なお、不健康なティッシュの connexons の不在は細胞飢餓および無駄の蓄積で起因します。

結論

高解像 AFM イメージ投射は健全なおよび激流レンズの細胞膜間の構造相違を調査する理想の平均を提供します。 これは分子レベルで病気の原因の調査の SPM の技術を利用する進行中の押しの非常に有望な結果です。 AFM に個々の分子を分析する確立された機能があります。 多くの病理学は分子無秩序から起きることを受け入れられるそれは今健康であるので、 AFM の技術が医用画像処理で近い将来にますます重要になること期待することができます。

Bruker の Nano 表面について

Nano Bruker は強いデザインおよび使い易さのための他の商用化されたシステムから際立っている原子力の顕微鏡/スキャンのプローブの顕微鏡 (AFM/SPM) の製品を提供します、間高リゾリューションを維持する。 すべての私達の器械の部品である NANOS 測定ヘッドはこと標準研究の顕微鏡の目的より大きくないセットアップコンパクトをそう作る片持梁偏向を測定するための一義的な光ファイバーの干渉計を用います。

ソース: 「高解像の原子力の顕微鏡検査による医学 Nano イメージ投射の方の前進」。

このソースのより多くの情報のために Bruker の Nano 表面を訪問して下さい。

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

Last Update: 13. June 2013 21:06

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