Let pincet kan bevæge sig, smelte, og spred mystiske biologiske isbjerge

For første gang, videnskabsmænd har brugt lysstråler til at manipulere lipidflåder i kunstige cellemembraner.

Lipidflåder er domæner, eller områder, af protein og lipid (fedtstoffer), der flyder frit i cellemembraner - protein- og lipidlaget, der omgiver en celle.

Disse strukturer, som flyder i membranerne som isbjerge, spiller vigtige, men mystiske roller i cellulær signalering, der endnu ikke er fuldt ud forklaret.

Men indtil nu, vores evne til at studere dem har været begrænset - hovedsagelig fordi vi ikke har været i stand til at flytte eller manipulere dem.

Ny forskning fra Imperial College London har nu vist, at en optisk pincet, den laserbaserede teknologi, der vandt 2018's Nobelpris i fysik, kan bevæge sig, smelte, sprede, og krystallisere kunstigt fremstillede lipidflåder, når de stråles ved kunstige cellemembraner. Disse kunstige tømmerflåder blev skabt for at efterligne lipidflåderne i biologiske cellemembraner.

Forfatterne siger, at deres resultater kan hjælpe med at forbedre vores forståelse af lipidflådens rolle i vigtige biologiske processer som kommunikation og deres forbindelse til sygdom.

Hovedforfatter Dr. Yuval Elani, af Imperial's Department of Chemistry, sagde:"Disse lette pincetter har belyst en ny forskningsvej. Nu har vi magt til at manipulere lipidflåder, vi kan opdage så meget mere."

Forskningen er publiceret i Nature Kommunikationskemi .

Belysning af vejen

For at gennemføre undersøgelsen, forskerne skabte kunstige cellemembraner indeholdende lipidflåder på glasskred. Under et mikroskop, de lyste optiske pincetlasere på membranerne.

Da de tændte for laseren og flyttede strålen, de fandt lipidflåderne flyttet med sig:

De fokuserede også laserens varme direkte på flåderne for at smelte dem, hvilket fik dem til at sprede sig i mindre stykker. Derefter, de slukkede laseren for at finde, at de spredte stykker kom sammen igen i en krystalagtig form:

Dr Elani sagde:"Vi ændrede laserkraften til at levere forskellige niveauer af varme i systemet, og kunne smelte domæner, som havde forskellig smeltetemperatur på grund af deres forskellige lipidsammensætning. Dette er en hurtig og nem måde at bestemme smeltetemperaturen for domæner."

Dr Elani tilføjede:"Optisk pincet er tidligere blevet brugt til at studere et væld af cellulære processer - fra foldning af proteiner, til virkningen af ​​ribosomer og manipulation af hele celler. Vores teknologier baner vejen for en dyb forståelse af den underliggende biofysik af lipidflåder og domæner, og deres biologiske betydning. "

Medforfatter professor Oscar Ces, også fra Imperial's Department of Chemistry, sagde:"I 2018, Arthur Ashkin vandt Nobelprisen i fysik for at bruge optisk pincet til at fange partikler, atomer, molekyler, og levende celler med deres laserstråle 'fingre'. Nu har vi opdaget endnu flere funktioner af disse fascinerende lysstråler."

Forfatterne siger, at de bliver nødt til at udvikle ny hardware for at få dybere indsigt i, hvordan lipidflåder påvirker sygdom, men først, de vil anvende teknikken på biologiske membraner – dem der ikke er menneskeskabte.

De håber, at deres næste fase af forskning vil forbedre vores forståelse af disse mystiske lipid-flåder yderligere.

"Direkte manipulation af væskeordnede lipidmembrandomæner ved hjælp af optiske fælder" af Mark S. Friddin, Guido Bolognesi, Ali Salehi-Reyhani, Oscar Ces, &Yuval Elani. Udgivet 29. januar 2019 i Nature Kommunikationskemi .