Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Technical Sales Solutions - 5% off any SEM, TEM, FIB or Dual Beam
Related Offers

ASU Forskare Utveckla nya mikroskopi teknik att utforska enskilda celler

Published on January 25, 2011 at 5:58 AM

Trots den sofistikerade och rad moderna mikroskopitekniker, många viktiga biologiska fenomen gäckar fortfarande precision även de mest känsliga verktyg.

Behovet av raffinerade avbildningsmetoder för grundforskning och biomedicinska tillämpningar som är knutna till studiet av sjukdomen är akut.

Nongjian (NJ) Tao och hans kollegor vid Biodesign Institute vid Arizona State University har banat väg för en ny teknik som kan peering i enskilda celler och även intracellulära processer med oöverträffad klarhet. Metoden, som kallas elektrokemisk impedans mikroskopi (EIM) kan användas för att utforska subtila drag av djupgående betydelse för grundforskning och tillämpad forskning, även celladhesion, celldöd (eller apoptos) och elektroporation-en process som kan användas för att införa DNA eller läkemedel till celler.

Detta nya undersökande verktyg förväntas göra betydande inbrytningar forskning, förbättra läkemedelsutveckling för sjukdomar som cancer, främja studiet av värdcellen-patogen interaktioner, och raffinering analys av stamceller differentiering.

Gruppens forskning verkar i dagens nummer av tidskriften Nature Chemistry.

Som Tao förklarar, bygger metoden på fördelarna med en kraftfull befintlig teknik som kallas elektrokemisk impedans spektroskopi (EIS). Här är en AC-spänning appliceras på en elektrod och den nuvarande respons mäts som en förändring i impedans. (Impedans definieras som motstånd mot växelström och sträcker sig begreppet elektrisk resistens mot AC-kretsar.)

Förutom att tillåta observation av DNA, proteiner, virus och bakterier, gör EIS andra subtila fenomen som inträffar vid elektrodens yta som ska avbildas, inklusive molekylär bindning händelser. Ändringar av EIS-metoden har tillämpats på studiet av andra cellulära processer, inklusive cell spridning, adhesion, invasion, toxikologi och rörlighet.

En ytterligare attraktion med tekniken är att till skillnad från fluorescens avbildning, är EIS en så kallad label-fri teknik, vilket gör det icke-invasiv till provet under utredning. Ingen fluorescerande märkning partiklar eller färgämnen, som ofta kan störa normala cellfunktioner-krävs.

EIS har dock en akilleshäl, det kan inte ge god rumslig upplösning. Som Tao förklarar "Vår teknik ger hög rumslig upplösning, vilket gör det möjligt att bilden och studera enskilda celler och subcellulära processer, samt upptäcka och anayze biomolekyler i en hög täthet microarray format."

Att få bra rumsliga upplösningen med hjälp av konventionella EIS skulle antingen kräva användning av flera elektroder övervakning den yta som skall studeras, eller en enda elektrod som mekaniskt skannar över ytan. Båda dessa strategier har allvarliga begränsningar som gör dem opraktiskt. Tao och hans kollegor har valt en annan metod som kombinerar EIS med en annan robust bildteknik baserad på ytplasmonresonans.

Ytplasmonresonans eller SPR avbildning är en optisk detektering process. Under rätta förhållanden, polariserat ljus slående ett tunt lager av guld, kommer att orsaka fria elektroner för att absorbera partiklar infallande ljuset och omvandlar dem till en yta plasmon våg som propagerar över guldet lagrets yta, ungefär som en våg på vattnet. Störningar i denna känsliga våg av målmolekyler orsaka förändringar i de reflekterande egenskaperna på det infallande ljuset. Dessa förändringar kan spelas in och översättas till en bild.

Använda SPR, kan samtidiga händelser över hela ytan av ett biochip studeras i realtid, utan behovet av flera elektroder. Den metod som utvecklats av Tao känd som elektrokemiska impedans mikroskopi (EIM) - skiljer sig från vanlig EIS i att den inte mäta ström, utan snarare använder plasmon resonans för att upptäcka impedans förändringar optiskt, dramatiskt öka rumsliga upplösningen av observerade egenskaper. Förutom de EIM bilden, producerar den nya tekniken samtidig optiska och SPR bildspråk, som ger viktig kompletterande information.

EIM möjliggör submikrona rumsliga upplösningen i biologiska fenomen. Två cell processer i synnerhet observerades i den aktuella studien: apoptos och elektroporation. Båda dessa fenomen kräver inte bara goda rumsliga upplösningen utan förmågan att övervaka snabbt föränderliga händelser i realtid, något EIM utmärker sig på, med hjälp av en specialiserad videokamera för att spela snabbt cellulära händelser.

Apoptos eller celldöd är av kritisk forskning betydelse. Det är ett centralt element i homeostas och vävnad / orgel utveckling. En bättre förståelse av de cellulära mekanismer av apoptos är också kritisk till cancerforskning, och för design av läkemedel mot cancer, som ofta försöker inducera apoptos i maligna celler.

Tao och hans grupp inducerad celldöd i livmoderhalscancer celler genom tillämpning av två molekyler: MG132 och TRAIL-en apoptos-förmå ligand. EIM imaging gav detaljerad information om de olika stadierna av apoptos, vilket inkluderar mobiltelefonnät krymper och kondens följt av splittringen av kärnämne och slutligen sönderfall av celler, med SPR och EIM bildspråk erbjuda kompletterande uppgifter om händelser. Som Tao anteckningar, innan denna studie var sådan detaljerad information endast kan erhållas genom fluorescerande färgning eller elektronmikroskopi.

Elektroporation observerades också genom EIM. Här är en spänning puls appliceras på en cell, vilket orsakar en plötslig ökning av ledningsförmåga och permeabilitet cellens plasmamembran. Denna värdefulla tekniken kan användas för att infoga en molekylär sond för att övervaka cellens inre, eller att införa en cell-påverkande medicinen eller segment av kodande DNA. Återigen, kompletterande information från optiska, SPR och EIM kombineras för att ge en mycket mer komplett bild av denna process, med EIM bilderna avslöjar de mest dramatiska förändringar över tiden. "Vi är entusiastiska över sin potential för att kartlägga lokala aktiviteter av många Celluar processer, såsom jonkanal aktiviteter och narkotika-cell interaktioner."

Fortsatt arbete kommer att ytterligare förfina denna etikett-fri, icke-invasiva mikroskopi teknik, som erbjuder nya insikter i tidigare svårfångade cellulära händelser.

Källa: http://www.asu.edu/

Last Update: 5. October 2011 19:40

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