Los investigadores de ASU Desarrollar Nueva técnica de microscopía para explorar las células individuales

Published on January 25, 2011 at 5:58 AM

A pesar de la sofisticación y variedad de técnicas de microscopía contemporáneos, muchos de los fenómenos biológicos importantes todavía eluden la precisión incluso de las herramientas más sensibles.

La necesidad de métodos de imagen refinada para la investigación fundamental y las aplicaciones biomédicas relacionadas con el estudio de la enfermedad sigue siendo grave.

Nongjian (NJ) Tao y sus colegas en el Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona han sido pioneros en una nueva técnica capaz de mirar en las células individuales y los procesos intracelulares, incluso con una claridad sin precedentes. El método, conocido como microscopía electroquímica de impedancia (EIM) se puede utilizar para explorar las características sutiles de gran importancia para la investigación básica y aplicada, incluyendo la adhesión celular, muerte celular (apoptosis o) y la electroporación, un proceso que puede ser utilizado para introducir ADN o drogas en las células.

Esta nueva herramienta de investigación que se espera lograr avances significativos la investigación, mejorar el descubrimiento de fármacos para enfermedades como el cáncer, promover el estudio de patógenos de acogida interacciones célula-, y perfeccionar el análisis de la diferenciación de células madre.

La investigación del grupo aparece en la edición de hoy de la revista Nature Chemistry.

Como explica Tao, el método se basa en las ventajas de una tecnología potente que existe conocida como espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Aquí, un voltaje de corriente alterna se aplica a un electrodo y la respuesta de la corriente se mide como un cambio en la impedancia. (La impedancia se define como la oposición a la corriente alterna y se extiende la idea de la resistencia eléctrica a los circuitos de CA.)

Además de permitir la observación del ADN, proteínas, virus y bacterias, EIS permite que otros fenómenos sutiles que ocurren en la superficie del electrodo para formar una imagen, incluyendo los eventos moleculares vinculante. Modificaciones del método de EIA se han aplicado al estudio de otros procesos celulares, incluyendo la propagación de células, adhesión, invasión, la toxicología y la movilidad.

Otra atracción de la técnica es que a diferencia de imágenes de fluorescencia, EIS es una llamada etiqueta de tecnología libre, por lo que es no invasivo para la muestra en estudio. No hay partículas marcaje fluorescente o tintes que a menudo pueden interferir con la función celular normal, son necesarios.

EIS sin embargo, tiene un talón de Aquiles-no puede proporcionar una buena resolución espacial. Como explica Tao "Nuestra tecnología ofrece una alta resolución espacial, lo que permite a las células de la imagen y el estudio individual y los procesos subcelulares, y detectar y anayze biomoléculas en un formato de alta densidad de microarrays."

Obtener una buena resolución espacial a través de EIA convencional ya sea que requieran el uso de múltiples electrodos de monitoreo de la superficie a estudiar, o un solo electrodo que mecánicamente escanea la superficie. Ambas estrategias tienen serias limitaciones que los hacen poco práctico. Tao y sus colegas han adoptado un enfoque diferente, combinando la EIS con otra tecnología de imagen robusta basada en resonancia de plasmones superficiales.

Resonancia de plasmones superficiales o imágenes de SPR es un proceso de detección óptica. Bajo condiciones adecuadas, la luz polarizada lograr un fina capa de oro, hará que los electrones libres para absorber las partículas de luz incidente, convirtiéndolos en una de plasmones de superficie de onda que se propaga a través de la superficie de la capa de oro, como una onda en el agua. Las perturbaciones de esta ola delicada de las moléculas objetivo causar alteraciones en las propiedades reflectantes de la luz incidente. Estos cambios pueden ser registrados y se tradujo en una imagen.

Utilizando SPR, eventos simultáneos en toda la superficie de un biochip se puede estudiar en tiempo real, sin necesidad de múltiples electrodos. El método desarrollado por Tao-conocida como la microscopía electroquímica de impedancia (EIM) - difiere de la EIS convencionales, ya que no está a la actual, sino más bien, utiliza la resonancia de plasmones de detectar los cambios de impedancia óptica, mejorando dramáticamente la resolución espacial de las características observadas. Además de la imagen de la EIM, la nueva técnica produce simultáneamente imágenes ópticas y SPR, que proporcionan información complementaria útil.

EIM permite sub-micras de resolución espacial de los fenómenos biológicos. Dos procesos celulares, en particular, se observaron en este estudio: la apoptosis y la electroporación. Ambos fenómenos requieren no sólo una buena resolución espacial, pero la capacidad de controlar rápidamente cambiantes acontecimientos en tiempo real destaca EIM algo de tiempo en, utilizando una cámara de video especializado para registrar rápidamente los eventos celulares.

La apoptosis o muerte celular es de importancia la investigación crítica. Es un elemento central en la homeostasis y el desarrollo del tejido / órgano. Una mejor comprensión de los mecanismos celulares de la apoptosis también es fundamental para la investigación del cáncer, y para el diseño de terapias contra el cáncer, que a menudo tratan de inducir la apoptosis en las células malignas.

Tao y el grupo de la muerte celular inducida en las células de cáncer de cuello uterino a través de la aplicación de dos moléculas: MG132 y TRAIL-un ligando inductor de apoptosis. EIM imagen proporcionó información detallada de las sucesivas etapas de la apoptosis, que incluyen la reducción celular y la condensación seguida por la fragmentación de los materiales nucleares y la eventual desintegración de las células, con SPR y las imágenes EIM proporciona un registro complementario de los acontecimientos. Como señala el Tao, antes de este estudio, información detallada, sólo puede obtenerse mediante la tinción fluorescente o microscopía electrónica.

La electroporación también se observó a través de la EIM. Aquí, un pulso de voltaje es aplicado a una celda, provocando un incremento repentino en la membrana plasmática de la conductividad y la permeabilidad de la célula. Esta valiosa técnica se puede utilizar para insertar una sonda molecular para vigilar el interior de una célula, o para introducir una celda de droga que altera o un segmento de ADN no codificante. Una vez más, información complementaria proporcionada por medios ópticos, SPR y EIM se combinaron para dar una imagen mucho más completa de este proceso, con las imágenes EIM revelar los cambios más dramáticos en el tiempo. "Estamos muy emocionados por su potencial para el mapeo de las actividades locales de los procesos o via muchas, como las actividades de los canales iónicos y las interacciones celulares con drogas."

El trabajo continuo se esforzará en mejorar esta etiqueta libre, no invasiva técnica de microscopía, que ofrece nuevas ideas en los procesos celulares ya difícil de alcanzar.

Fuente: http://www.asu.edu/

Last Update: 5. October 2011 19:39

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