Kvanteprikker oplyser transport inde i cellen

Biofysikere fra Utrecht University har udviklet en strategi for at bruge lysemitterende nanokrystaller som markør i levende celler. Ved at registrere bevægelserne af disse kvanteprikker, de kan tydeliggøre cytoskelettets struktur og dynamik. Deres resultater blev offentliggjort i dag i Naturkommunikation .

De kvanteprikker, som forskerne brugte, er partikler af halvledende materiale, der kun er få nanometer brede, og er genstand for stor interesse på grund af deres potentiale til brug i solceller eller computere. "Det fantastiske ved disse partikler er, at de absorberer lys og udsender det i en anden farve, " forklarer forskningsleder Lukas Kapitein. "Vi bruger den egenskab til at følge deres bevægelser gennem cellen med et mikroskop."

Men for at gøre det, kvanteprikkerne skulle indsættes i cellen. De fleste nuværende teknikker resulterer i prikker, der er inde i mikroskopiske vesikler omgivet af en membran, men dette forhindrer dem i at bevæge sig frit. Imidlertid, det lykkedes forskerne at levere partiklerne direkte til dyrkede celler ved at påføre et stærkt elektromagnetisk felt, der skabte forbigående åbninger i cellemembranen. I deres artikel, de beskriver, hvordan denne elektroporationsproces gjorde det muligt for dem at indsætte kvanteprikkerne i cellen.

Ekstremt lyst

Når den er indsat, kvanteprikkerne begynder at bevæge sig under påvirkning af diffusion. Kapitein:"Siden Einstein, vi har vidst, at synlige partiklers bevægelse kan give information om egenskaberne ved den opløsning, de bevæger sig i. Tidligere forskning har vist, at partikler bevæger sig ret langsomt inde i cellen, hvilket indikerer, at cytoplasmaet er en viskøs væske. Men fordi vores partikler er ekstremt lyse, vi kunne filme dem i høj hastighed, og vi observerede, at mange partikler også laver meget hurtigere bevægelser, som havde været usynlige indtil nu. Vi optog bevægelserne med 400 billeder i minuttet, mere end 10 gange hurtigere end normal video. Ved den målehastighed, vi observerede, at nogle kvanteprikker faktisk bevæger sig meget langsomt, men andre kan være meget hurtige."

Kapitein er især interesseret i den rumlige fordeling mellem de langsomme og hurtige kvanteprikker:ved cellens kanter, væsken ser ud til at være meget tyktflydende, men dybere inde i cellen observerede han meget hurtigere partikler. Kapitein:"Vi har vist, at den langsomme bevægelse opstår, fordi partiklerne er fanget i et dynamisk netværk af proteintubuli kaldet aktinfilamenter, som er mere almindelige nær cellemembranen. Så partiklerne skal bevæge sig gennem hullerne i det netværk."

Motoriske proteiner

Ud over at studere denne passive transportproces, forskerne har udviklet en teknik til aktivt at flytte kvanteprikkerne ved at binde dem til en række specifikke motorproteiner. Disse motoriske proteiner bevæger sig langs mikrotubuli, de andre filamenter i cytoskelettet, og er ansvarlige for transport i cellen. Dette gjorde det muligt for dem at studere, hvordan denne transport påvirkes af det tætte layout af aktin-netværket nær cellemembranen. De observerede, at dette er forskelligt for forskellige typer motorprotein, fordi de bevæger sig langs forskellige typer mikrotubuli. Kapitein:"Aktiv og passiv transport er begge meget vigtige for cellens funktion, så flere forskellige fysikmodeller er blevet foreslået til transport i cellen. Vores resultater viser, at sådanne fysiske modeller også skal tage de rumlige variationer i den cellulære sammensætning i betragtning."