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亚利桑那州立大学的研究人员开发新的显微技术,探索单细胞

Published on January 25, 2011 at 5:58 AM

尽管现代显微技术的复杂性和范围,许多重要的生物学现象仍然逃避,即使是最敏感的工具的精度。

成品成像方法,研究疾病相关的生物医学基础研究和应用的需求仍然严重。

农俭(新泽西州)道和他的同事在亚利桑那州立大学生物设计研究所开创了一种新技术能够以前所未有的清晰度凝视成单个细胞,甚至细胞内的过程。的方法,如电化学阻抗显微镜(EIM)已知可用于探索的基础研究和应用研究的深刻重要性的潜移默化的功能,包括细胞粘附,细胞死亡(凋亡)和电击,一个可以用来引入DNA或药物进入细胞。

预计这个新的调查工具做出显著的研究进军,改善癌症等疾病的药物的发现,进一步病原体的宿主细胞相互作用的研究,并提炼干细胞分化的分析。

该小组的研究将出现在今天的“自然”杂志化学“杂志上。

由于道解释说,该方法称为电化学阻抗谱(EIS)现有一个强大的技术优势的基础上。在这里,一个交流电压施加到电极和电流响应是在阻抗变化来衡量。 (定义为反对交流电阻抗和扩展电阻交流电路的想法。)

除了允许观察DNA,蛋白质,病毒和细菌,EIS允许其他微妙的现象发生在电极的表面进行成像,包括分子结合事件。 EIS的方法进行修改,已经应用到其他细胞的过程,包括细胞扩散,粘附,侵袭,毒理学和流动性的研究。

一个该技术的进一步吸引力,不像荧光成像,EIS是一个所谓的无标记技术,使得它的非侵入性根据研究样本。没有荧光标记颗粒或染料,往往会干扰正常细胞功能所需。

EIS然而之一的致命弱点,它不能提供良好的空间分辨率。由于道解释说:“我们的技术提供高空间分辨率,使形象和研究单细胞和亚细胞的过程,并在高密度微阵列格式的生物分子检测和anayze。”

通过常规EIS获取良好的空间分辨率,要么需要使用的监测多个电极表面进行研究,或单一机械扫描整个表面的电极。这些战略都具有严​​重的局限性,使他们不切实际的。涛和他的同事们采取了不同的方法相结合,与另一种强大的成像基于表面等离子体共振技术的电化学阻抗谱。

表面等离子体共振SPR成像是一种光学检测过程。在适当条件下,偏光显着一层薄薄的黄金,将导致自由电子吸收入射光的颗粒,把它们转换成表面等离子体波,传播跨很像水波,金层的表面。目标分子的这种微妙的波扰动引起的入射光的反射特性的改变。这些变化可以被记录下来,并翻译成图像。

使用SPR的同时发生的事件,对整个生物芯片表面可以实时进行研究,而不需要为多个电极。陶开发的方法称为电化学阻抗显微镜(EIM) - 从传统的电化学阻抗谱,因为它并不测量电流,而是使用等离子体共振光学检测阻抗变化,极大地提高了空间分辨率的观测特征不同。此外EIM的形象,新技术生产的同时进行光学和SPR图像,提供有用的补充信息。

EIM解决方案让亚微米级的空间分辨率的生物现象。两个细胞的过程,特别是在目前的研究观察:细胞凋亡和电击。这些现象都需要不仅具有良好的空间分辨率,但能够监控实时东西的EIM擅长在快速变化的事件,使用一个专门的视频镜头记录下快速的细胞活动。

细胞凋亡或细胞死亡是重要的研究意义。它是一种动态平衡和组织/器官发展的核心要素。一个更好地了解细胞凋亡的机制,也​​为癌症研究,并为设计的癌症疗法,常常试图诱导恶性细胞凋亡的关键。

涛和他的研究小组通过应用两个分子的宫颈癌细胞诱导的细胞死亡:MG132和TRAIL的凋亡诱导配体。 EIM的成像产生细胞凋亡的连续阶段,其中包括细胞萎缩,凝结的核材料和最终解体的细胞碎片,SPR和EIM的图像提供了一个事件的互补记录,详细信息。由于涛指出,在此之前的研究中,这样的详细信息,只有通过荧光染色或电子显微镜索取。

电穿孔也观察到通过EIM解决方案。在这里,一个脉冲电压施加到一个单元格,突然增加造成的导电性和透气性的细胞质膜。这些宝贵的技术可用于插入一个分子探针监测细胞的内部,或引进一个改变细胞的药物或段DNA编码。再次,由光学,SPR和EIM解决方案提供的补充信息相结合,EIM的图像,揭示最戏剧性的变化,随着时间的推移,这个过程更完整的画面。 “我们很高兴它映射出当地许多celluar进程的活动,如离子通道的活动和药物,细胞间的相互作用,的潜力。”

继续这方面的工作将进一步完善此标签,非侵入性的显微技术,到以前难以捉摸的细胞活动提供新的见解。

来源: http://www.asu.edu/

Last Update: 3. October 2011 11:16

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