I ricercatori ASU Sviluppare nuova tecnica di microscopia Esplora singole cellule

Published on January 25, 2011 at 5:58 AM

Nonostante la raffinatezza e la gamma di tecniche di microscopia contemporanea, molti importanti fenomeni biologici continuano ad essere assenti la precisione anche gli strumenti più sensibili.

L'esigenza di metodi di imaging raffinato per la ricerca fondamentale e applicazioni biomediche relativi allo studio della malattia rimane acuta.

Nongjian (NJ), Tao e colleghi presso l'Istituto Biodesign presso l'Arizona State University hanno sperimentato una nuova tecnica capace di peering in singole cellule e dei processi intracellulari, anche con una chiarezza senza precedenti. Il metodo, conosciuto come microscopia impedenza elettrochimica (EIM) può essere utilizzato per esplorare le caratteristiche sottili di profonda importanza per la ricerca di base e applicata, tra cui l'adesione cellulare, la morte cellulare (o apoptosi) ed elettroporazione, un processo che può essere utilizzato per introdurre DNA o farmaci nelle cellule.

Questo nuovo strumento investigativo è prevista per farsi strada ricerche significative, migliorando la scoperta di nuovi farmaci per malattie come il cancro, promuovendo lo studio della cellula ospite-patogeno interazioni, e raffinando l'analisi della differenziazione delle cellule staminali.

Ricerca del gruppo appare nel numero odierno della rivista Nature Chemistry.

Come spiega Tao, il metodo si basa sui vantaggi di una tecnologia potente esistente nota come spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). Qui, una tensione alternata è applicata ad un elettrodo e la risposta corrente viene misurata come un cambiamento di impedenza. (L'impedenza è definita come opposizione a corrente alternata ed estende l'idea di resistenza elettrica ai circuiti AC.)

Oltre a consentire l'osservazione del DNA, proteine, virus e batteri, EIS consente ad altri fenomeni sottili che si verificano sulla superficie dell'elettrodo di essere ripreso, tra gli eventi molecolari vincolanti. Le modifiche del metodo di EIS sono stati applicati allo studio di altri processi cellulari tra cui cellule diffusione, adesione, invasione, tossicologia e della mobilità.

Un'attrazione ulteriore di questa tecnica è che a differenza di imaging di fluorescenza, EIS è un cosiddetto label senza tecnologia, che rende non invasiva per il campione oggetto di studio. Senza particelle marcatura fluorescente o coloranti, che spesso può interferire con la normale funzione cellulare sono necessari.

EIS Ha comunque un tallone d'Achille, non può fornire una buona risoluzione spaziale. Come spiega Tao "La nostra tecnologia offre alta risoluzione spaziale, che permette alle cellule immagine e singolo studio e processi subcellulare, e di rilevare e anayze biomolecole in un formato microarray ad alta densità."

Ottenere una buona risoluzione spaziale attraverso EIS convenzionale o richiedono l'uso di elettrodi multipli di monitoraggio della superficie da studiare, o di un singolo elettrodo che esplora meccanicamente attraverso la superficie. Entrambe queste strategie hanno gravi limitazioni che li rendono impraticabili. Tao e colleghi hanno adottato un approccio diverso, combinando EIS con un'altra tecnologia di imaging basata su solide risonanza plasmonica di superficie.

Risonanza plasmonica di superficie o SPR imaging è un processo di rilevazione ottica. In condizioni adeguate, la luce polarizzata colpisce un sottile strato d'oro, farà sì che gli elettroni liberi di assorbire le particelle di luce incidente, trasformandoli in una superficie d'onda Plasmon, che si propaga lungo la superficie della strato di oro, proprio come un'onda sull'acqua. Perturbazioni di questa ondata delicato da molecole target provocare alterazioni nel proprietà di riflessione della luce incidente. Questi cambiamenti possono essere registrati e tradotti in un'immagine.

Usando SPR, eventi simultanei su tutta la superficie di un biochip può essere studiata in tempo reale, senza bisogno di elettrodi multipli. Il metodo sviluppato da Tao-nota come microscopia impedenza elettrochimica (EIM) - si differenzia da EIS convenzionali, nel senso che non misura attuale, ma piuttosto, utilizza la risonanza plasmonica per rilevare i cambiamenti di impedenza ottica, migliorando notevolmente la risoluzione spaziale delle caratteristiche osservate. Oltre all'immagine EIM, la nuova tecnica produce simultanei ottici e immagini SPR, che forniscono utili informazioni complementari.

EIM permette di sub-micron di risoluzione spaziale dei fenomeni biologici. Due processi cellulari, in particolare, sono stati osservati in questo studio: l'apoptosi ed elettroporazione. Entrambi questi fenomeni richiedono non solo una buona risoluzione spaziale, ma la capacità di monitorare gli eventi in rapida evoluzione in tempo reale, qualcosa che eccelle in EIM, utilizzando una fotocamera specializzato video per registrare un rapido eventi cellulari.

Apoptosi o morte cellulare è di importanza cruciale della ricerca. Si tratta di un elemento centrale nella omeostasi e nel tessuto / organo di sviluppo. Una migliore comprensione dei meccanismi cellulari di apoptosi è essenziale anche per la ricerca sul cancro, e per la progettazione di terapie oncologiche, che spesso tentano di indurre l'apoptosi nelle cellule maligne.

Tao e la sua morte cellulare indotta gruppo nelle cellule tumorali del collo dell'utero attraverso l'applicazione di due molecole: MG132 e TRAIL, un ligando inducendo apoptosi. EIM di imaging ha dato informazioni dettagliate sulle fasi successive di apoptosi, che includono shrinking cellulare e condensazione seguita dalla frammentazione del materiale nucleare e l'eventuale disgregazione delle cellule, con SPR e immagini EIM fornisce una registrazione di eventi complementari. Come nota Tao, prima di questo studio, le informazioni dettagliate solo ottenibili attraverso colorazione fluorescente o microscopia elettronica.

Elettroporazione è stata osservata anche attraverso EIM. Qui, un impulso di tensione viene applicato a una cella, causando un improvviso aumento della membrana plasmatica della cellula di conducibilità e permeabilità. Questa tecnica di valore può essere utilizzato per inserire una sonda molecolare per il monitoraggio interno di una cella, o per introdurre una cella di alterazione farmaco o un segmento di DNA codificante. Ancora una volta, le informazioni complementari fornite dal ottici, SPR e EIM combinati per dare un quadro molto più completo di questo processo, con le immagini EIM rivelando i cambiamenti più drammatici nel corso del tempo. "Siamo entusiasti per le sue potenzialità per la mappatura delle attività locali dei processi di celluar molti, come le attività dei canali ionici e le interazioni farmaco-cellula".

È proseguita ulteriormente affinare questa etichetta-free, non invasiva tecnica di microscopia, offrendo nuove intuizioni in eventi cellulari precedentemente sfuggente.

Fonte: http://www.asu.edu/

Last Update: 5. October 2011 19:40

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