Nano-Imagem lactente Médica De alta resolução Usando a Microscopia Atômica da Força

Assuntos Cobertos

Introdução
Preparação da Amostra
Resultados
Conclusão
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Introdução

A causa preliminar da cegueira no mundo é a formação da catarata opaca na lente cristalina do olho. Os factores principais são exposição a longo prazo à radiação ou luz UV, mas a formação da catarata pode igualmente ser uma conseqüência de determinados formulários do diabetes, hipertensão, e naturalmente, idade. Se deixado não tratado, a doença conduz à cegueira e possivelmente à glaucoma progressivas. A microscopia Atômica da força (AFM) provou ser um método valioso para investigar aspectos estruturais da formação da catarata.

A lente do olho é o único tecido transparente no corpo humano e é avascular. As pilhas lente-específicas são embaladas firmemente nas distâncias menores do que o comprimento de onda da luz visível. Além, as pilhas da lente degradaram seus organelles, tais como as mitocôndria, e são conseqüentemente incapazes de realizar o metabolismo bioquímico oxidativo. A nutrição e a adesão Celulares da pilha-pilha confiam em microdomains conectivos nas membranas de pilha para conectar as pilhas da lente e seus citoplasmas. Estes microdomains conectivos na membrana de plasma da pilha da lente contêm as junções da diferença que asseguram o transporte dos metabolitos, dos íons, e da água entre pilhas, assim como as junções finas que são responsáveis para a adesão de pilha e molham eventualmente o transporte. As junções de Gap são formadas por connexons (um complexo compor de seis moléculas do connexin), visto que aquaporin-0 compor as junções finas. As Mutações em ambas as proteínas conduzem à formação de uma catarata.

Desde a revelação da microscopia atômica da força (AFM), as melhorias dramáticas foram conseguidas na imagem lactente de alta resolução das membranas reconstituídas, proteínas em estrutura cristalinas, isolaram as membranas nativas, e a vida pilhas prokaryotic e eucarióticas. Nestes estudos, o AFM é usado como uma ferramenta que possa fornecer a informação estrutural em uma definição de secundário-nanômetro em amostras biológicas de interesse. O uso desta técnica, contudo, permanece restringido predominantemente à pesquisa fundamental, e as aplicações concretas na medicina são escassas. Nesta nota de aplicação, nós demonstramos o serviço público do AFM em traçar a causa das cataratas. A imagem lactente De alta resolução das membranas nativas da lente e dos componentes de proteína constitutivos foi conseguida usando um microscópio atômico personalizado da força de Bruker.

Preparação da Amostra

Imediatamente depois da cirurgia da catarata, as membranas foram extraídas dos restos da catarata, e granuladas pelo ultracentrifugation. A solução da membrana foi injectada em uma gota do amortecedor da adsorção (pH 7,4 do Tris-HCl de 10 milímetros, 150 milímetros de KCl, 25 milímetros MgCl2) sobre uma folha recentemente fendida de mica. Após a incubação, a amostra foi enxaguada usando o amortecedor da gravação (pH 7,4 do Tris-HCl de 10 milímetros, 150 milímetros de KCl).

A Imagem Lactente foi executada nas membranas saudáveis e da catarata da lente de pilha usando um Bruker personalizado AFM equipado com um J-Varredor de 130 µm e um Olympus Si3N4 (comprimento = µm 100; k = 0,09 N/m). A força da carga era ~100 pN e a taxa de varredura era 4-7 Hertz.

Resultados

As imagens do AFM das membranas da catarata revelaram as membranas de pilha do bilayer do lipido fixadas ao apoio de mica. Estas membranas contiveram os domínios da proteína identificados como os microdomains conectivos que conectam pilhas adjacentes da lente. Os microdomains eram significativamente maiores nas membranas da catarata do que aqueles observados nas membranas das pilhas saudáveis. Os microdomains conectivos da membrana da catarata foram encontrados para ser compor exclusivamente de proteínas do canal da transmembrana AQP0. A definição de Imagem era suficiente para permitir de comprimento a identificação dos laços deconexão individuais, que se projectam da superfície da membrana, de aproximadamente quatro ácidos aminados; e estes dados coincidem pròxima com os modelos previstos. A definição de secundário-nanômetro destas características foi extraída das imagens topográficas e comparada aos dados previamente publicados nas membranas de pilha saudáveis da lente dos carneiros.

Uma comparação estrutural sistemática entre as membranas saudáveis e da catarata da lente revelou que, em pilhas saudáveis da lente, as moléculas AQP0 estão organizadas bem nas correcções de programa densas pequenas cercadas e limitadas por connexons. No grande contraste, as membranas da lente da catarata não contiveram connexons (veja figura 1). Consequentemente, as disposições da junção pareceram ampliadas significativamente e deformados nas membranas de pilhas da lente da catarata.

Figura 1. imagens de alta resolução da topografia do AFM do modo de Contacto que mostram a subestrutura nos canais individuais da transmembrana nos carneiros saudáveis (deixados) e nas membranas de pilha (direitas) humanas da lente da catarata. No caso saudável, as moléculas de AQPO (proteínas tetrameric cruciformes com um diâmetro de 6nm) formam as correcções de programa pequenas e regulares afiadas pelos connexons (proteínas hexameric flor-dadas forma com um diâmetro de 8nm) que limitam os microdomains de AQPO. No caso patológico, os connexons estão faltando.

Pareceria que os connexons estão degradados progressivamente durante a revelação da catarata, conduzindo finalmente a uma divisão da nutrição da pilha da lente. De um ponto de vista fisiológico, em uma pilha saudável da lente o conjunto supramolecular de AQP0 e connexons é exigido para a adesão de pilha com a formação da junção, assim como íon, metabolito, e volume de água normais entre pilhas adjacentes através das junções da diferença. Além Disso, a distribuição homogênea de microdomains conectivos menores permite uma conexão melhor entre as pilhas vizinhas, diminuindo a probabilidade de áreas deaderência da membrana. Ao contrário, a ausência de connexons das membranas de pilhas da lente da catarata conduz a uma distribuição heterogênea da aderência/queadere áreas da membrana. Finalmente, os nutrientes e os íons não são entregados às pilhas profundamente dentro da lente e os restos da produção acumulam (veja figura 2). Estas pilhas tornar-se-ão insalubres e não se poderão manter a transparência, conduzindo finalmente à cegueira.

Figura 2. Representação das diferenças estruturais entre (a) saudável e membranas da catarata (b). Nas membranas saudáveis, a distribuição themomogeneous de áreas de contacto assegura uma comunicação normal entre as pilhas vizinhas (c) visto que nas membranas da catarata, a falta dos connexons conduz à adesão anormal da pilha-à-pilha (d). Além Disso, a ausência de connexons no tecido insalubre conduz à acumulação celular da inanição e do desperdício.

Conclusão

A imagem lactente De alta resolução do AFM fornece meios de um ideal investigar as diferenças estruturais entre as membranas saudáveis e da catarata da lente de pilha. Este é um resultado muito prometedor no impulso em curso para utilizar a tecnologia de SPM na investigação de causas da doença a nível molecular. O AFM tem uma capacidade estabelecida para analisar moléculas individuais. Desde Que é agora bom aceitado que muitas patologias originam das desordens moleculars, pode-se esperar que a técnica do AFM se tornará cada vez mais importante na imagem lactente médica em um futuro próximo.

Sobre Superfícies Nano de Bruker

Bruker Nano fornece os produtos Atômicos do Microscópio da Força/do Microscópio Ponta De Prova da Exploração (AFM/SPM) que estão para fora de outros sistemas disponíveis no comércio para seus projecto e acessibilidade robustos, enquanto mantendo o mais de alta resolução. A cabeça de medição de NANOS, que é peça de todos nossos instrumentos, emprega um interferómetro original da fibra óptica para medir a deflexão do modilhão, que faz o estojo compacto da instalação assim que é não maior do que um objetivo padrão do microscópio da pesquisa.

Source: “Avanços para a Nano-Imagem lactente Médica pela Microscopia Atômica De alta resolução da Força”.

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor Superfícies Nano de Bruker.

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

Last Update: 13. June 2013 21:20

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