At se molekyler danse i realtid

(Phys.org)-En ny teknik, der fanger lys i nanoskalaen for at muliggøre realtidsovervågning af individuelle bøjninger og bøjninger af molekyler, kan hjælpe os med at forstå, hvordan ændringer i en celle kan føre til sygdomme som kræft.

En ny metode, der bruger tæt begrænset lys, der er fanget mellem guldspejler en milliarddel af en meter fra hinanden til at se molekyler 'danse' i realtid, kan hjælpe forskere med at afsløre mange af de celleprocesser, der er afgørende for alt liv, og hvor små ændringer i disse processer kan føre til sygdomme som kræft eller Alzheimers.

Forskere fra University of Cambridge har demonstreret, hvordan man bruger lys til at se individuelle molekyler bøje og bøje, når de bevæger sig gennem en modelcellemembran, for bedre at forstå den indre funktion af celler. Detaljer offentliggøres i dag (12. august) i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .

Membranen er afgørende for cellernes normale funktion; holde vira ude, men tillade udvalgte molekyler, såsom medicin, at komme igennem. Denne kritiske frontlinje for cellulært forsvar består af et lag fedtede lipider, kun få nanometer tyk.

Når cellemembranen imidlertid er beskadiget, uønskede angribere kan marchere ind i cellen. Mange degenerative sygdomme, såsom Alzheimers, Parkinsons, cystisk fibrose og muskeldystrofi menes at stamme fra skader på cellemembranen.

Evnen til at se, hvordan individuelle lipidmolekyler interagerer med deres miljø, kan hjælpe forskere med ikke blot at forstå, hvordan disse og andre sygdomme opfører sig i de tidligste stadier, men også mange af de grundlæggende biologiske processer, der er nøglen til alt liv.

For at se cellemembranens adfærd på niveau med individuelle molekyler, Cambridge -holdet, arbejder med forskere fra University of Leeds, klemte dem ind i et lille hul mellem de spejlede guldfacetter af en nanopartikel, der sad lige over en flad guldoverflade.

Gennem meget præcis kontrol af nanostrukturenes geometri, og ved hjælp af Raman -spektroskopi, en ultrafølsom molekylær identifikationsteknik, lyset kan fanges mellem spejlene, giver forskerne mulighed for at 'fingeraftryk' individuelle molekyler. "Det er som at have et ekstremt kraftigt forstørrelsesglas lavet af guld, "sagde professor Jeremy Baumberg fra NanoPhotonics Center ved Cambridge's Cavendish Laboratory, der ledede forskningen.

Analyse af lysets farver, der er spredt af spejlene, tillod de forskellige vibrationer i hvert molekyle at blive set inden for dette intense optiske felt. "At undersøge sådanne sarte biologiske prøver med lys giver os mulighed for at se disse dansende molekyler i timevis uden at ændre eller ødelægge dem, "sagde medforfatter Felix Benz. Molekylerne står skulder ved skulder som træer i en skov, mens et par jitter rundt sidelæns.

Ved løbende at observere det spredte lys, enkelte molekyler ses bevæge sig ind og ud af de små huller mellem spejlene. Omhyggelig analyse af signaturerne fra forskellige dele af hvert molekyle gjorde det muligt at observere eventuelle ændringer i molekylformen, som hjælper med at forstå, hvordan deres reaktionssteder kan afdækkes, når de er på arbejde. Mest spændende siger teamet, at disse bøjnings- og bøjningsbevægelser ikke forventes at forekomme i forsøgets langsomme tidsskalaer, giver forskerne mulighed for at lave videoer af deres fremskridt.

"Det er fuldstændig forbløffende at se molekylerne ændre form i realtid, "sagde Richard Taylor, hovedforfatter til papiret.

Den nye indsigt fra dette arbejde foreslår måder at afsløre processer, der er afgørende for alt liv, og forstå, hvordan små ændringer i disse processer kan forårsage sygdom.