Første størrelsesbaserede kromatografiteknik til undersøgelse af levende celler

(Phys.org) - Ved hjælp af nanodot -teknologi, Berkeley Lab-forskere har demonstreret den første størrelsesbaserede form for kromatografi, der kan bruges til at studere membraner i levende celler. Denne unikke fysiske tilgang til sonderende cellemembranstrukturer kan afsløre information kritisk for, om en celle lever eller dør, forbliver normal eller bliver kræft, der ikke kan opnås ved konventionel mikroskopi.

"Vi har udviklet membranindlejrede nanodot-array-platforme, der giver et fysisk middel til både at undersøge og manipulere membransamlinger, herunder signalklynger, mens de fungerer i membranen af ​​en levende celle, "siger Jay Groves, en kemiker med Berkeley Labs division for fysiske biovidenskaber, der ledede denne forskning.

Lunde, som også er professor ved University of California (UC) Berkeleys kemiafdeling, og en Howard Hughes Medical Institute (HHMI) efterforsker, er en anerkendt leder inden for udvikling af teknikker til undersøgelse af rummønstres indvirkning på levende celler. De levende cellestøttede syntetiske membraner, han og hans gruppe har udviklet, er konstrueret af lipider og samlet på et substrat af fast silica. Disse membraner bruges til at bestemme, hvordan levende celler ikke kun interagerer med deres miljø gennem kemiske signaler, men også gennem fysisk kraft og rumlige mønstre.

"Vi kalder vores tilgang for den rumlige mutationsstrategi, fordi molekyler i en celle kan rumligt omarrangeres uden at ændre cellen på anden måde, "Groves siger." Vores levende cellestøttede membraner giver en hybrid-grænseflade bestående af mobile og immobile komponenter med kontrolleret geometri, der giver os mulighed for at udnytte solid-state nanoteknologi til at manipulere og kontrollere molekylære systemer inde i levende celler. "

Selvom Groves og andres arbejde i de senere år har vist vigtigheden af ​​protein og lipid rumlig organisering inden for cellulære membraner, Detaljer om, hvordan rumlig organisation er knyttet til funktion, er primært knappe på grund af begrænsningerne ved optisk mikroskopi på længdeskalaer under 250 nanometer diffraktionsgrænsen. Den størrelsesbaserede kromatografiteknik, der er udviklet af Groves og hans gruppe, gør det muligt for dem at undersøge supramolekylære strukturer i en cellemembran ved de nødvendige nanometerlængder.

"Vi har nu en måde at oversætte strukturer i nanostørrelse, der nærmer sig molekylære dimensioner, til geometriske begrænsninger for bevægelse af molekyler inde i en levende celle, "Siger Groves.

For deres størrelsesbaserede kromatografiteknik, afstanden mellem proteiner og andre cellulære molekyler styres af en sekskantet eller honningkage række guld -nanopartikler, der er fremstillet i membranen. Afstanden mellem nanopartikler i hvert array kan kontrolleres, med tilgængelige størrelser fra 30 til næsten 200 nanometer.

"Individuelle membrankomponenter bevæger sig frit i hele arrayet, men bevægelse af større samlinger hæmmes, hvis de overskrider matrixens fysiske dimensioner, Groves siger.

Groves og hans kolleger testede deres størrelsesbaserede kromatografiteknik på T-celle receptor (TCR) mikroklynger i T-cellemembraner, som er det funktionelle modul til antigengenkendelse af T -celler (lymfocytter fra thymus) i kroppens immunsystem. Disse TCR -signalklynger indtager et størrelsesregime, der spænder fra tiere til et par hundrede nanometer, som typisk er under diffraktionsgrænsen for konventionel optisk mikroskopi. Størrelsesbaseret kromatografi blev brugt til at undersøge de fysiske egenskaber ved TCR-signalklynger som en funktion af antigens tæthed. Resultaterne afslørede, at TCR -signaleringsklynge er klart afhængig af mængden af ​​antigen, som cellen støder på.

"Dette er noget, vi ikke vidste før om TCR -mikroclustersignalsystemet, som er blevet undersøgt godt ved hjælp af konventionel optisk mikroskopi, "Groves siger." Det er en bevis-på-princip-demonstration, der repræsenterer endnu et skridt i retning af grænseflade mellem levende celler og syntetiske materialer for at opnå molekylær kontrol af cellen. "