ASU ερευνητές να αναπτύξουν νέα τεχνική μικροσκοπίου σε Εξερευνήστε μονά κύτταρα

Published on January 25, 2011 at 5:58 AM

Παρά την πολυπλοκότητα και το εύρος των σύγχρονων τεχνικών μικροσκοπίας, πολλά σημαντικά βιολογικά φαινόμενα ξεφύγει ακόμα την ακρίβεια ακόμα και τα πιο ευαίσθητα εργαλεία.

Η ανάγκη για την εκλεπτυσμένη απεικονιστικών μεθόδων για τη βασική έρευνα και βιοϊατρικών εφαρμογών που σχετίζονται με τη μελέτη της νόσου παραμένει οξύ.

Nongjian (NJ) Τάο και οι συνεργάτες του στο Biodesign Ινστιτούτου στο κρατικό πανεπιστήμιο της Αριζόνα, υπήρξαν πρωτοπόρα μια νέα τεχνική ικανό να κοιτάζει προς ένα τα κύτταρα, ακόμα και ενδοκυττάρια διαδικασίες με πρωτοφανή ευκρίνεια. Η μέθοδος, γνωστή ως μικροσκοπία ηλεκτροχημικές αντίσταση (ΕΙΜ) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διερευνήσει λεπτές χαρακτηριστικά μεγάλης σημασίας για τη βασική και την εφαρμοσμένη έρευνα, συμπεριλαμβανομένης της προσκόλλησης των κυττάρων, τον κυτταρικό θάνατο (απόπτωση ή) και ηλεκτρομετασχηματισμός-μια διαδικασία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εισαγωγή DNA ή φαρμάκων στα κύτταρα.

Αυτό το νέο εργαλείο στα χέρια αναμένεται να κερδίζει έδαφος στην εγχώρια έρευνα, η βελτίωση ανακάλυψη φαρμάκων για ασθένειες όπως ο καρκίνος, η προώθηση της μελέτης των αλληλεπιδράσεων των κυττάρων του ξενιστή-παθογόνων, τη διύλιση και την ανάλυση της διαφοροποίησης των βλαστικών κυττάρων.

Έρευνα της ομάδας εμφανίζεται στη σημερινή έκδοση του περιοδικού Nature Χημείας.

Όπως εξηγεί ο Τάο, η μέθοδος βασίζεται στα πλεονεκτήματα ενός ισχυρού υπάρχουσα τεχνολογία γνωστή ως ηλεκτροχημική φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης (EIS). Εδώ, εναλλασσόμενο ρεύμα εφαρμόζεται σε ένα ηλεκτρόδιο και η τρέχουσα αντιμετώπιση μετριέται ως μια αλλαγή στην αντίσταση. (Σύνθετη αντίσταση ορίζεται ως αντιπολίτευση σε εναλλασσόμενο ρεύμα και να επεκτείνει την ιδέα της ηλεκτρικής αντίστασης σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος.)

Εκτός από επιτρέποντας παρατήρηση των πρωτεϊνών του DNA, ιούς και βακτήρια, EIS επιτρέπει άλλες λεπτές φαινόμενα που συμβαίνουν στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου να είναι imaged, συμπεριλαμβανομένης της μοριακής δεσμευτικές εκδηλώσεις. Οι τροποποιήσεις της μεθόδου EIS έχουν εφαρμοστεί στη μελέτη των άλλων κυτταρικών διαδικασιών, συμπεριλαμβανομένων των κυττάρων εξαπλώνεται, πρόσφυση, εισβολή, τοξικολογία και την κινητικότητα.

Ένα ακόμη αξιοθέατο της τεχνικής είναι ότι σε αντίθεση με απεικόνιση φθορισμού, ΔΠΕ αποτελεί λεγόμενη ετικέτα χωρίς τεχνολογία, καθιστώντας μη επεμβατικές για το δείγμα υπό μελέτη. Δεν φθορίζοντα σωματίδια επισήμανση ή χρωστικές ουσίες, οι οποίες μπορεί συχνά επηρεάζει την ομαλή κυτταρική λειτουργία-είναι υποχρεωτικά.

ΔΠΕ πρέπει, ωστόσο, ένα αχίλλειος πτέρνα της-δεν μπορεί να προσφέρει καλή χωρική ανάλυση. Όπως εξηγεί ο Τάο "Η τεχνολογία μας παρέχει υψηλή χωρική ανάλυση, καθιστώντας δυνατή την εικόνα και τη μελέτη μεμονωμένα κύτταρα και υποκυτταρικές διαδικασίες, και τον εντοπισμό και anayze βιομορίων σε μια μεγάλη μορφή μικροσυστοιχία πυκνότητας."

Η απόκτηση καλή χωρική ανάλυση μέσω των συμβατικών ΜΠΕ θα απαιτούσε είτε τη χρήση πολλαπλών ηλεκτροδίων παρακολούθησης από την επιφάνεια που πρέπει να μελετηθούν, ή ένα μόνο ηλεκτρόδιο που μηχανικά σαρώνει σε όλη την επιφάνεια. Και οι δύο αυτές στρατηγικές έχουν σοβαρούς περιορισμούς που τα καθιστούν πρακτικά αδύνατη. Τάο και οι συνεργάτες του έχουν πάρει μια διαφορετική προσέγγιση, που συνδυάζει ΔΠΕ σε συνάρτηση με μια άλλη ισχυρή τεχνολογία απεικόνισης με βάση απήχηση plasmon επιφάνεια.

Απήχηση plasmon επιφάνεια ή SPR απεικόνισης είναι ένα οπτικό διαδικασία ανίχνευσης. Υπό κατάλληλες συνθήκες, πολωμένο φως εντυπωσιακά ένα λεπτό στρώμα χρυσού, θα προκαλέσει ελεύθερα ηλεκτρόνια για να απορροφήσουν τα σωματίδια φωτός περιστατικό, μετατρέποντάς τα σε μια επιφάνεια plasmon κύμα, το οποίο διαδίδεται σε όλη την επιφάνεια του στρώματος του χρυσού, σαν ένα κύμα στο νερό. Διαταραχές από αυτό το λεπτό κύμα από μορίων-στόχων προκαλέσει αλλοιώσεις στα ανακλαστικές ιδιότητες του φωτός περιστατικό. Αυτές οι αλλαγές μπορούν να καταγραφούν και να μεταφραστεί σε μια εικόνα.

Χρησιμοποιώντας SPR, ταυτόχρονες εκδηλώσεις σε ολόκληρη την επιφάνεια του biochip μπορούν να μελετηθούν σε πραγματικό χρόνο, χωρίς την ανάγκη για πολλαπλά ηλεκτρόδια. Η μέθοδος που αναπτύχθηκε από τον Τάο-γνωστή ως μικροσκοπία ηλεκτροχημικές αντίσταση (ΕΙΜ) - διαφέρει από το συμβατικό ΔΠΕ σε ότι δεν υπολογίζουν την τρέχουσα, αλλά αντίθετα, χρησιμοποιεί απήχηση plasmon για την ανίχνευση μεταβολών αντίσταση οπτικά, δραματικά την ενίσχυση χωρική ανάλυση των παρατηρούμενων χαρακτηριστικών. Εκτός από την εικόνα ΕΙΜ, η νέα τεχνική παράγει ταυτόχρονη οπτική και SPR καλολογικά στοιχεία, τα οποία παρέχουν χρήσιμες συμπληρωματικές πληροφορίες.

ΕΙΜ επιτρέπει την υπο-micron χωρική ανάλυση των βιολογικών φαινομένων. Δύο κυτταρικές διαδικασίες, ιδίως παρατηρήθηκαν στην παρούσα μελέτη: απόπτωση και ηλεκτρομετασχηματισμός. Και τα δύο αυτά φαινόμενα απαιτούν όχι μόνο καλή χωρική ανάλυση, αλλά η ικανότητα να ελέγχει ταχέως μεταβαλλόμενο εκδηλώσεων σε πραγματικό χρόνο, κάτι που διαπρέπει στο ΕΙΜ, χρησιμοποιώντας μια ειδική κάμερα βίντεο για την καταγραφή ταχεία κυτταρική γεγονότα.

Η απόπτωση ή κυτταρικός θάνατος είναι κρίσιμης σημασίας της έρευνας. Είναι ένα κεντρικό στοιχείο στην ομοιόσταση και ιστών / οργάνων ανάπτυξη. Η καλύτερη κατανόηση των κυτταρικών μηχανισμών της απόπτωσης είναι επίσης κρίσιμη για την έρευνα για τον καρκίνο, και για το σχεδιασμό των αντικαρκινικών θεραπειών, οι οποίες συχνά προσπαθούν να επάγει απόπτωση στα καρκινικά κύτταρα.

Τάο και η ομάδα που προκαλείται από τον θάνατο του κυττάρου σε καρκινικά κύτταρα του τραχήλου της μήτρας μέσω της εφαρμογής των δύο μόρια: MG132 και TRAIL-μια απόπτωση-προκαλώντας ligand. EIM απεικόνισης yielded αναλυτικές πληροφορίες των διαδοχικών σταδίων της απόπτωσης, τα οποία περιλαμβάνουν κυτταρική συρρίκνωση και συμπύκνωση που ακολουθείται από τον κατακερματισμό του πυρηνικού υλικού και την ενδεχόμενη διάλυση των κυττάρων, με SPR και EIM εικόνες παρέχοντας μια συμπληρωματική καταγραφή των γεγονότων. Όπως σημειώνει Τάο, πριν από τη μελέτη αυτή, όπως λεπτομερείς πληροφορίες ήταν μόνο να αποκτηθούν μέσω φθορίζουσα χρώση ή ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Ηλεκτρομετασχηματισμός Παρατηρήθηκε επίσης μέσω του ΕΙΜ. Εδώ, ένας παλμός τάση εφαρμόζεται σε ένα κελί, προκαλώντας μια ξαφνική αύξηση στην αγωγιμότητα και διαπερατότητα κυτταρική μεμβράνη του κυττάρου. Αυτή η πολύτιμη τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εισαγάγετε ένα μοριακό ανιχνευτή για την παρακολούθηση εσωτερικό ενός κυττάρου, ή να εισαγάγει ένα κελί-αλλάζοντας τα ναρκωτικά ή το τμήμα της κωδικοποίησης του DNA. Για άλλη μια φορά, οι συμπληρωματικές πληροφορίες που παρέχονται από οπτικής, SPR και EIM συνδυάζονται για να δώσουν μια πολύ πιο ολοκληρωμένη εικόνα αυτής της διαδικασίας, με τις εικόνες ΕΙΜ αποκαλύπτοντας τις πιο δραματικές αλλαγές πάροδο του χρόνου. «Είμαστε ενθουσιασμένοι από το δυναμικό της για τη χαρτογράφηση από τοπικές δραστηριότητες πολλών διαδικασιών Celluar, όπως ιόντων δραστηριότητες κανάλι και τα ναρκωτικά-κυττάρων αλληλεπιδράσεις."

Συνέχισε το έργο θα βελτιώσει περαιτέρω αυτή την ετικέτα-free, μη επεμβατική τεχνική μικροσκοπίου, το οποίο προσφέρει καινούριες γνώσεις στις προηγουμένως άπιαστο κυτταρικών γεγονότων.

Πηγή: http://www.asu.edu/

Last Update: 5. October 2011 18:44

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit