Forskere udvikler ny teknik til at forstå biologi på nanoskala

Forskere fra Washington State University har for første gang vist, at de kan bruge elektriske felter til at få værdifuld information om den lille, flydende vesikler, der bevæger sig rundt i dyr og planter og er kritisk vigtige for mange biologiske funktioner.

Den nye teknik kan gøre det nemmere og billigere for forskere at få vigtig information om mange biologiske processer - lige fra at forstå spredningen af ​​infektion i mennesker til at forbedre teknikker til medicinafgivelse. Ledet af kandidatstuderende Adnan Morshed og Prashanta Dutta, professor ved School of Mechanical and Materials Engineering, værket blev udgivet i Fysisk gennemgangsvæske .

Grundlaget for meget af biologien er celler og, i endnu mindre skalaer, cellelignende bobler, der flyder rundt i væske og udfører kritisk vigtige opgaver. Så, for eksempel, neuroner kommunikerer i vores hjerne gennem vesikler, der transporterer information og kemikalier fra den ene neuron til den næste. HIV-virus er en anden lille vesikel. Over tid, vesiklen, der bærer hiv, ændres og bliver stivere, hvilket indikerer, at virussen bliver mere smitsom.

Men at studere egenskaberne af disse bittesmå og kritisk vigtige cellulære sække, der rejser gennem organismer i væsker, har været svært, især når forskerne kommer til de mindste flydere, der er 40-100 nanometer store. At studere biologiske processer i små skalaer, forskerne bruger atomkraftmikroskoper, som kræver at fjerne vesiklerne fra deres naturlige flydende hjem. Processen er dyr, besværligt, og langsom. Desuden, ved at tage dem ud af deres naturlige omgivelser, de biologiske materialer udviser heller ikke nødvendigvis deres naturlige adfærd, sagde Dutta.

WSU-forskerholdet har udviklet et system, der bruger et mikrofluidbaseret system og elektriske felter til bedre at forstå vesikler. Svarende til en købmandstjek, der identificerer produkter, når de føres hen over en scanner, forskerne anvender elektriske felter i en væske, når vesiklen passerer gennem en smal pore. På grund af det elektriske felt, vesiklen bevæger sig, deformerer, eller reagerer forskelligt afhængigt af dens kemiske sammensætning. I tilfælde af HIV-vesiklerne, for eksempel, forskerne skulle være i stand til at se det elektriske felt påvirke de stivere, mere infektiøs vesikel på en anden måde end en mere fleksibel, mindre infektiøs vesikel. Til medicinafgivelse, systemet kunne differentiere en vesikel, der indeholder mere eller mindre af et lægemiddel – også selvom de to celler kan se identiske ud under et mikroskop.

"Vores system er lavpris og høj gennemstrømning, " sagde Dutta. "Vi kan virkelig scanne hundredvis af prøver ad gangen."

Han tilføjede, at de kan ændre hastigheden af ​​processen for at give forskere mulighed for mere omhyggeligt at observere ejendomsændringer.

Forskerne udviklede en model og testede den med syntetiske liposomer, bittesmå sække, der bruges til målrettet medicinafgivelse. De håber at begynde at teste processen snart med mere realistiske biologiske materialer.