Ny teknologi til mikroskopianalyse giver præcise kort over cellemembranlipidflåder

Et forskerhold ledet af professor Dae-ha Seo ved Institut for Fysik og Kemi, Daegu Gyeongbuk Institut for Videnskab og Teknologi, har med succes udviklet en ny teknologi til optisk mikroskopianalyse - kendt som lipid-MAP - som kan observere den mikroskopiske faseadskillelse i cellemembranen.

Denne nye teknologi, som kombinerer traditionel mikroskopi med nanokemi og maskinlæring, forventes at tilbyde en vigtig eksperimentel strategi til at udforske, hvordan cellesignalering reguleres på enkeltmolekyleniveau. Studiet er publiceret i tidsskriftet Analytical Chemistry .

Celler, som er omgivet af cellemembranen, er de grundlæggende byggesten i alle levende organismer. En nanoskala, mikroskopisk og ø-lignende lipidstruktur eksisterer i cellemembranen. Strukturen spiller en afgørende rolle i samspillet mellem biomolekyler, kemiske reaktioner og signalering. Det er dog vanskeligt direkte at observere strukturen med eksisterende observationsmetoder.

Ved hjælp af guld nanosonder og maskinlæringsteknologi lykkedes det et forskerhold ledet af professor Dae-ha Seo kvantitativt at identificere strukturelle egenskaber på nanoniveau. Gennem fænomenet overfladeplasmonresonans har guldnanopartikler egenskaben til at sprede lys skarpt. Ved at bruge denne egenskab implementerede forskerholdet et system, der tillader direkte observation af enkelte molekylers bevægelse ved at binde guldnanopartikler til lipidmolekyler.

Ved at introducere en analyseteknik baseret på maskinlæringsalgoritmer opdagede forskerholdet ændringer i lipidmolekylers bevægelse over en kort periode (0,01 til 0,1 sekunder) og identificerede derved med succes mikrofaseseparationsstrukturen i cellemembranen .

Mikrolipid-østrukturen, også kendt som lipidflåden, er kendt for hovedsageligt at bestå af kolesterol og mættede lipider, som samles lokalt. Forskerholdet bekræftede, at strukturens størrelse og egenskaber er bestemt af cellemembranens molekylære sammensætning, og afslørede, at den kan ændre sig baseret på kolesterolindholdet i cellemembranen eller på grund af andre forskellige miljøfaktorer.

Professor Seo udtalte:"Dette er den første teknologi til at afbilde lipidflåder i realtid over en bred vifte, og dens rumlige og tidsmæssige opløsning er fremragende. Jeg håber, at forskningsresultaterne vil tjene som grundlag for grundlæggende at forstå cellefunktion og sygdomsmekanisme. , og vil udvikle sig til præcisionsdiagnoseteknologi for sygdomme."

Flere oplysninger: Jiseong Park et al., Analyse af faseheterogenitet i lipidmembraner ved brug af enkeltmolekylesporing i levende celler, Analytisk kemi (2023). DOI:10.1021/acs.analchem.3c02655

Journaloplysninger: Analytisk kemi

Leveret af Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)