High-Resolution Medische nano-Weergave die de AtoomMicroscopie van de Kracht Gebruiken

Besproken Onderwerpen

Inleiding
De Voorbereiding van de Steekproef
Resultaten
Conclusie
Grens aan Nano Oppervlakten Bruker

Inleiding

De primaire oorzaak van blindheid in de wereld is de vorming van de ondoorzichtige cataract in de kristallijne lens van het oog. De belangrijke factoren zijn blootstelling op lange termijn aan straling of UVlicht, maar de cataractvorming kan ook een gevolg van bepaalde vormen van diabetes, hypertensie zijn, en natuurlijk, leeftijd. Indien verlaten onbehandeld, resulteert de ziekte in progressief blindheid en misschien glaucoom. De Atoom krachtmicroscopie is (AFM) een waardevolle methode gebleken te zijn om structurele aspecten van cataractvorming te onderzoeken.

De lens van het oog is het enige transparante weefsel in het menselijke lichaam en het is avascular. De lens-specifieke cellen worden strak ingepakt bij afstanden kleiner dan de golflengte van zichtbaar licht. Bovendien hebben de lenscellen hun organellen, zoals mitochondria gedegradeerd, en daarom oxydatief biochemisch metabolisme niet kunnen uitvoeren. De Cellulaire voeding en de cel-cel adhesie baseren zich op verbindingsmicrodomains in de celmembranen om de lenscellen en hun cytoplasma te verbinden. Deze verbindingsmicrodomains in het het plasmamembraan van de lenscel bevatten hiaatverbindingen die het vervoer van metabolites, ionen, en water tussen cellen verzekeren, evenals dunne verbindingen die van celadhesie en uiteindelijk watervervoer de oorzaak zijn. De verbindingen van Gap worden gevormd door connexons (complex samengesteld uit zes connexinmolecules), terwijl aquaporin-0 de dunne verbindingen samenstelt. De Veranderingen in beide proteïnen resulteren in de vorming van een cataract.

Sinds de ontwikkeling van de atoomkrachtmicroscopie (AFM), zijn de dramatische verbeteringen bereikt in high-resolution weergave van opnieuw samengestelde membranen, proteïnen in kristallijne roosters, geïsoleerde inheemse membranen, en levende prokaryotic en eukaryotic cellen. In deze studies, wordt AFM gebruikt als een hulpmiddel dat structurele informatie bij sub-nanometerresolutie kan verstrekken over biologische steekproeven van belang. Het gebruik van deze techniek, echter, blijft overwegend beperkt tot fundamenteel onderzoek, en de concrete toepassingen in geneeskunde zijn dun. In deze toepassingsnota, tonen wij het nut van AFM in het omlijnen van de oorzaak van cataracten aan. High-resolution weergave van inheemse lensmembranen en de constitutieve eiwitcomponenten werd bereikt gebruikend een aangepaste Bruker atoomkrachtmicroscoop.

De Voorbereiding van de Steekproef

Onmiddellijk na cataractchirurgie, werden de membranen gehaald uit cataractpuin, en werden gekorreld door ultracentrifugering. De membraanoplossing werd ingespoten in een druppeltje van adsorptiebuffer (10 mm tris-HCl pH 7.4, 150 mm KCl, 25 mm MgCl2) bovenop een vers gespleten micablad. Na incubatie, werd de steekproef gespoeld gebruikend opnamebuffer (10 mm tris-HCl pH 7.4, 150 mm- KCl).

De Weergave werd uitgevoerd op de celmembranen van de gezonde en cataractlens gebruikend een aangepaste die Bruker AFM met een 130 j-Scanner µm en een Olympus Si3N4 wordt uitgerust (lengte = 100 µm; k = 0.09 N/m). De ladingskracht was ~100 pN en het aftastentarief was 4-7 Herz.

Resultaten

De beelden AFM van cataractmembranen openbaarden de membranen van de lipide bilayer cel aan de micasteun die worden geadsorbeerd. Deze membranen bevatten eiwitdiedomeinen als verbindingsmicrodomains worden geïdentificeerd die aangrenzende lenscellen verbinden. Microdomains waren beduidend groter in cataractmembranen dan die waargenomen in membranen van gezonde cellen. Verbindingsmicrodomains van het cataractmembraan werden gevonden om uitsluitend uit AQP0 de proteïnen van het transmembraankanaal worden samengesteld. Resolutie van het Beeld volstond om identificatie van individuele schroef-verbindende lijnen toe te staan, die van de membraanoppervlakte, van ongeveer vier aminozuren in lengte uitpuilen; en deze gegevens vallen dicht met voorspelde modellen samen. De sub-nanometerresolutie van deze eigenschappen werd gehaald uit topografische beelden en werd vergeleken bij eerder gepubliceerde gegevens over gezonde de celmembranen van de schapenlens.

Een systematische structurele vergelijking tussen de membranen van de gezonde en cataractlens openbaarde dat, in gezonde lenscellen, AQP0 de molecules goed in kleine dichte die flarden georganiseerd worden door connexons worden omringd en worden beperkt. In schril contrast, bevatten de membranen van de cataractlens niet connexons (zie figuur 1). Bijgevolg, leken de verbindingsseries beduidend vergroot en misvormd in de membranen van de cellen van de cataractlens.

Figuur 1. Beelden die van de de wijze high-resolution topografie AFM van het Contact fundering op individuele transmembraankanalen tonen in gezonde (verlaten) schapen en de celmembranen menselijke van de cataract (juiste) lens. In het gezonde geval, vormen de molecules AQPO (kruisvormige tetrameric proteïnen met een diameter van 6nm) kleine en regelmatige die flarden door connexons worden gescherpt (bloem-vormige hexameric proteïnen met een diameter van 8nm) die AQPO microdomains afbakenen. In het pathologische geval, connexons ontbreken.

Het zou schijnen dat connexons progressief tijdens cataractontwikkeling worden gedegradeerd, uiteindelijk leidend tot een analyse van de voeding van de lenscel. Van een fysiologisch standpunt, in een gezonde lenscel wordt de supramolecular assemblage van AQP0 en connexons vereist voor celadhesie door verbindingsvorming, evenals normaal ion, metabolite, en waterstroom tussen aangrenzende cellen door hiaatverbindingen. Voorts staat de homogene distributie van kleinere verbindingsmicrodomains een betere aansluting tussen buurcellen toe, die de waarschijnlijkheid van niet-aanhangend membraangebieden verminderen. In tegenstelling, resulteert het ontbreken van connexons van de membranen van de cellen van de cataractlens in een heterogeene distributie van de aanhangende/niet-aanhangt membraangebieden. Tot Slot worden de voedingsmiddelen en de ionen niet geleverd aan cellen diep binnen de lens en de afvalprodukten accumuleren (zie figuur 2). Deze cellen zullen ongezond worden en zullen geen transparantie kunnen handhaven, uiteindelijk leidend tot blindheid.

Figuur 2. Vertegenwoordiging van de structurele verschillen tussen gezonde (a) en cataract(b) membranen. In gezonde membranen, verzekert de themomogeneous distributie van contactgebieden normale communicatie tussen naburige cellen (c) terwijl in cataractmembranen, het gebrek aan connexons in abnormale cel-aan-cel adhesie (d) resulteert. Voorts resulteert het ontbreken van connexons in het ongezonde weefsel in cellulaire verhongering en afvalaccumulatie.

Conclusie

High-resolution weergave AFM verstrekt een ideaal middel om de structurele verschillen tussen de celmembranen van de gezonde en cataractlens te onderzoeken. Dit is een zeer veelbelovend resultaat in de aan de gang zijnde duw om technologie SPM in het onderzoek van ziekteoorzaken op het moleculaire niveau te gebruiken. AFM heeft een duidelijk gemaakt vermogen om individuele molecules te analyseren. Aangezien men aanvaardt nu goed dat vele pathologie uit moleculaire wanorde voortkomt, kan men verwachten dat de techniek AFM in medische weergave in de nabije toekomst meer en meer belangrijk zal worden.

Ongeveer Nano Oppervlakten Bruker

Nano Bruker verstrekt de Atoomproducten van de Kracht van de Microscoop/van de Microscoop van de Sonde van het Aftasten (AFM/SPM) die van andere in de handel verkrijgbare systemen voor hun robuuste ontwerp en handigheid, terwijl het handhaven van de hoogste resolutie duidelijk uitkomen. NANOS die hoofd meten, dat deel al onze instrumenten uitmaakt, wendt een unieke vezeloptische interferometer voor het meten van de cantileverafbuiging aan, die de opstelling zo compact maakt dat het neen groter is dan een standaarddoelstelling van de onderzoekmicroscoop.

Bron: „Vooruitgang naar Medische nano-Weergave door High-Resolution AtoomMicroscopie van de Kracht“.

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Nano Oppervlakten Bruker.

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

Last Update: 13. June 2013 20:52

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit