Nyt værktøj til celleforskning kan hjælpe med at opklare sygdomshemmeligheder

Fremskridt i forståelsen af ​​rotationsbevægelse i levende celler kan hjælpe forskere med at kaste lys over årsagerne til dødelige sygdomme, som Alzheimers, ifølge Ning Fang, en associeret videnskabsmand ved U.S. Department of Energy's Ames Laboratory og fakultetsmedlem ved Iowa State University.

I en artikel med titlen "Resolving Rotational Motions of Nano-objects in Engineered Environments and Live Cells with Gold Nanorods and Differential Interference Contrast Microscopy" offentliggjort i 2. november-udgaven af Journal of the American Chemical Society , og en artikel i pressen i ACS Nano , Fang og hans forskerhold skriver om indflydelsen af ​​differentiel interferens kontrast Mikroskopi på afsløring af nanopartikelbevægelser i levende celler.

I den menneskelige krop, talrige biologiske nanomaskiner udfører forskellige funktioner. Men ifølge Fang, videnskabsmænd har kun en begrænset forståelse af, hvordan disse nanomaskiner fungerer, især i cellulære miljøer. Og fordi fejlfunktion af nogen af ​​disse nanomaskiner kan føre til sygdomme, som Alzheimers, der er et stort behov for nye teknikker til at hjælpe med at undersøge sammensætningen, dynamik og arbejdsmekanismer af disse nanomaskiner.

For at forstå, hvordan disse nanomaskiner fungerer, forskere ser på forskellige typer bevægelser i nanomaskiner, som er afgørende for deres funktion. Translationel bevægelse, eller bevægelse, hvor en genstands position ændres, kan spores gennem en række aktuelle teknikker. Imidlertid, roterende bevægelse, hvilket er lige så vigtigt og fundamentalt som translationel bevægelse, var stort set ukendt på grund af tekniske begrænsninger.

Tidligere teknikker, såsom partikelsporing eller enkeltmolekyle fluorescenspolarisering, kun tillod rotationsbevægelse at blive løst in vitro, fx i en petriskål. I deres forskning, Fangs gruppe er gået videre end at studere bevægelser i in vitro-miljøet til at afbilde rotationsbevægelser i in vivo, eller levende celle, miljø.

At gøre dette, de er afhængige af brugen af ​​guld nanorods, som kun er 25 gange 73 nanometer store (et velpakket bundt på 1000 nanorods har samme diameter som et menneskehår). I levende celler, disse ikke-giftige nanorods spreder lys forskelligt afhængigt af deres orientering. Ved at bruge en teknik kaldet differentiel interferens kontrastmikroskopi, eller DIC, Fangs team kan fange både orienteringen og positionen af ​​guld nanoroderne ud over det optiske billede af cellen og, dermed, afsløre en partikels 5D (3 rumlige koordinater og 2 orienteringsvinkler) bevægelse i levende celler.

"DIC-imagination af denne guld nanorod hjælper med at give os høj vinkelopløsning, " siger Fang.

"Denne nye teknik åbner døre til at forstå arbejdsmekanismen for levende nanomaskiner ved at afsløre deres komplekse indre bevægelser, " sagde Fang. "At studere rotationsbevægelser på nanometerskala inde i en levende celle er bare noget, der aldrig er blevet gjort før." Han tilføjede, at forståelsen af ​​denne rotationsbevægelse er vigtig i kampen mod sygdomme, som Alzheimers, fordi det kan hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå, hvordan neuroner påvirkes af miljøet.