Lysemitterende partikler belyser forståelsen af ​​cellulære funktionsfejl

Fremskridt inden for cellebiologi, materialevidenskab og billeddannelse kombineres for at skabe værktøjer, der gør det muligt for forskere at spore i realtid og i superfin opløsning, hvad der sker inde i en enkelt celle.

At være i stand til at visualisere cellulære processer, når de sker, ses som en kritisk del at forstå, hvilke ændringer der sker, når sygdommen rammer, og hvordan den proces kan forhindres, omvendt eller på anden måde helbredt.

I mange årtier har forskere har stolet på at bruge farvestofmolekyler, der absorberes i celler for at visualisere deres adfærd.

Disse farvestofmolekyler, oprindeligt tilpasset fra de farvestoffer, der blev brugt i tekstilindustrien, har gennemgået udvikling og forbedring, men deres grundlæggende principper og egenskaber forbliver stort set de samme.

En stor ulempe er dæmpning eller fading af farvestofferne, da de udsættes for højintensitetslys til billeddannelse. Forskere har kun et lille tidsvindue til at forestille sig cellen, skabe et øjebliksbillede af mobilhændelser frem for igangværende, sporing i realtid.

I mellemtiden, molekylær billeddannelse og mikroskopi er avanceret til det punkt, hvor superfin opløsning og billedbehandling i realtid er mulig, ikke kun på hele celle-niveau, men i en celle og dens forskellige komponenter.

Dette er inspirerende mikrobiologer til at samarbejde med materialeteknikere om at udvikle nye selvlysende biomaterialer, der, som et flyfyr, tillader forskere at spore og visualisere cellulære processer uden at påvirke den levende celle negativt.

I et papir offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturmetoder , forskere fra University of Technology Sydney (UTS) og University of Wollongong (UOW), sammen med kolleger fra Peking University, Kina, og universitetet i Göttingen, Tyskland, har skitseret, hvordan lysemitterende sonder kan anvendes af livforskere i visualisering af cellulære processer.

Hovedforfatter Fremstående professor Dayong Jin fra UTS sagde, at materialeforskere har gjort enorme fremskridt i udviklingen af ​​nye strukturer, der er ekstremt små - sammenlignelige med størrelsen på et proteinmolekyle - der udsender lys med større lysstyrke og præcision end klassiske farvestofmolekyler.

"Vi kan tage nanomaterialer, såsom lysemitterende plastik eller keramiske partikler, og levere dem til det pågældende websted. Forskellige andre teknikker hjælper partiklen med at passere gennem cellevæggen, og vi kan visualisere, hvad der foregår inde i det molekylære maskineri.

"Vi har noteret fremskridt såsom evnen til at måle ændringer i transport inden for en neuron som følge af hjernesygdom, "Professor Jin sagde." Disse avancerede partikler gør det også muligt at bruge forskellige farver og pulssignaler samtidigt, så vi rent faktisk kan visuelt stregkode gener eller proteiner for at se, hvordan disse oversættes og transkriberes - selve livets kodning.

"Dette er en spændende tid for cellebiologien og materialevidenskabelige samfund, der nu har en hidtil uset mulighed for at udforske cellulær billeddannelse med enestående nøjagtighed og opløsning.

Medforfatter Fremstående professor Antoine van Oijen, der leder UOWs Molecular Horizons -initiativ, sagde artiklen fremhævet, hvordan at bringe materialevidenskabelige samfund sammen med forskere fra biovidenskaberne ville være kritisk for at belyse de indviklede detaljer om, hvordan livet fungerer.

"Forståelse af sygdomsprocesser, og dermed udvikling af kure, er afhængig af, at vi forstår cellulære processer:hvordan gør de forskellige biomolekyler inde i vores celler deres job? Hvad sker der, når de holder op med at udføre deres job ordentligt, og sygdommen rammer?

"I øjeblikket, forskere og sundhedsplejersker er meget bekymrede over antimikrobiel resistens, hvilket kan gøre nogle lægemidler ubrugelige og i værste fald, se genopståen af ​​sygdomme, der ikke har plaget samfundet i årtier.

"Vi er nu på et tidspunkt, hvor forskere skal udvikle og producere nye antibiotika, og læger skal bruge dem klogt. At forstå processerne for, hvordan medicin virker på molekylært niveau, er nøglen til at udvikle disse nye lægemidler. "

Disse metoder og forskningssamarbejdet, der ligger til grund for dem, vil være et centralt fokus for Molecular Horizons, en forskningsfacilitet på $ 80 millioner, der i øjeblikket er under opførelse på UOWs campus Wollongong. Det vil give forskere adgang til nye værktøjer til visualisering af biologiske processer, der vil hjælpe med at låse cellens inderste hemmeligheder op og udvikle nye måder at opdage og angribe sygdom på.