Lipoprotein nanoblodplader kaster nyt lys over biologiske molekyler og celler

Et tværfagligt forskerhold fra University of Illinois i Urbana-Champaign har udviklet en ny materialekomposit afledt af kvanteprikker. Disse lipoprotein nanoblodplader optages hurtigt af celler og bevarer deres fluorescens, hvilket gør dem særligt velegnede til billeddannelse af celler og forståelse af sygdomsmekanismer.

"Kvanteprikker bliver bredt undersøgt på grund af deres unikke fysiske, optisk, og elektroniske egenskaber, " forklarede Andrew M. Smith, en assisterende professor i bioingeniør ved Illinois. "Deres vigtigste egenskab er lyse, stabil lysudsendelse, der kan indstilles på tværs af en bred vifte af farver. Dette har gjort dem nyttige til forskellige anvendelser som billeddannende midler og molekylære prober i celler og væv og som lysemitterende komponenter i LED'er og tv'er."

"Disse undersøgelser er det første eksempel på flade kvanteprikker, kaldet nanoblodplader, i biologiske systemer, sagde Smith, hvis arbejde er offentliggjort i Journal of the American Chemical Society . "Vi har udviklet en unik nanopartikel, der er flad, som en disk, og indkapslet i en biologisk partikel. Disse er afledt af kvanteprikker, og de udsender på samme måde lys, imidlertid, de har en lang række interessante optiske og strukturelle egenskaber på grund af deres form. Deres lysabsorberende og lysemitterende egenskaber er tættere på kvantebrønde, som er tynde lag, der bruges til at lave lasere. Vi finder ud af, at disse partikler entydigt trænger ind i celler meget hurtigt, og vi bruger dem som sensorer i levende celler."

"Det nye kolloide materiale er en hybrid mellem en uorganisk kvantebrønd og en organisk nanodisk sammensat af fosfolipider og lipoproteiner, " forklarede Sung Jun Lim, en postdoktor i Smiths forskningsgruppe og første forfatter til papiret, "Lipoprotein nanoplader:Lyst fluorescerende, Zwitterioniske prober med hurtig cellulær indgang." "Fosfolipiderne binder sig til de flade overflader på nanopladen, og lipoproteiner binder til buede kanter for homogent at fange partiklerne i biokompatible materialer. De har langtidsstabilitet i biologiske buffere og høje saltopløsninger og er meget fluorescerende, med lysstyrke, der kan sammenlignes med kvanteprikker, når de måles i en opløsning eller på enkeltmolekyleniveau i et mikroskop."

Ifølge Smith, disse partikler er især nyttige til enkelt-molekyle billeddannelse, hvor kvantepunkter har gjort størst indflydelse på grund af deres unikke kombination af høj lysemissionshastighed og kompakt størrelse. Kvanteprikker har for nylig gjort det muligt at opdage en lang række nye biologiske processer relateret til menneskers sundhed og sygdom.

"Vi tror, ​​at de nye muligheder, som nanoblodplader giver, er værdifulde til billeddannelse af biologiske molekyler og celler, men det var tidligere udfordrende at stabilisere disse nanokrystaller i biologiske medier, fordi deres usædvanlige dimensioner får dem til at hænge sammen, samlet, og mister fluorescens. Denne nye klasse af nanoblodplader løser disse problemer, og de er stabile under barske biologiske forhold, fordi de er indkapslet i lipoproteiner.

"Vi forventer, at denne nye materialekomposit vil afsløre, på enkelt molekyle niveau, hvordan flade materialer interagerer med biologiske systemer, "Smith tilføjede. "Den unikke opdagelse af hurtig cellulær adgang tyder på, at disse materialer kan være umiddelbart nyttige til cellulære mærkningsapplikationer for at tillade meget multiplekset spektral kodning af cellulær identitet, så vi kan spore metastatiske cancerceller i kroppen. Unikke former for nanopartikler har også vist sig at være mere effektive til at levere lægemidler til tumorer sammenlignet med standard sfæriske partikler, så vi undersøger også dette.