Nanopartikler kan hjælpe forskere med at lysne deres forskning - men de kan også kaste mikroskopiske målinger af sig

Guldnanopartikler lysner de fluorescerende farvestoffer, forskere bruger til at fremhæve og studere proteiner, bakterier og andre celler, men nanopartiklerne introducerer også en artefakt, der får farvestoffet til at se ud til at være fjernet fra målet, det belyser.

Nu, et team fra University of Michigan har bestemt, hvordan man kan tage højde for uoverensstemmelsen mellem, hvor det fluorescerende farvestof ser ud til at være, og hvor dets faktiske position er.

Når forskere vil forstå, hvordan proteiner interagerer med hinanden, hvordan bakterier fungerer eller hvordan celler vokser og deler sig, de bruger ofte fluorescerende farvestoffer. Denne mikroskopi tilgang kan forbedres yderligere med nanopartikler. Men en artefakt introduceret af nanopartiklerne får farvestoffet til at dukke op i mikroskopet så langt som 100 nanometer fjernet fra proteinet eller bakterierne, som det er direkte bundet til.

Denne "scooching effekt" giver et problem:100 nanometer kan virke som en uendelig lille måling, men hvis et protein i sig selv kun er en nanometer langt, en forsker er måske ikke i stand til at se, om et protein interagerer med et andet protein eller bare ser på det fra det, der svarer til den modsatte ende af en fodboldbane.

"I de sidste fem år har vi og andre har bemærket, at farvestoffet, i stedet for at være i den position, det ser ud til at være under mikroskopet, er faktisk adskilt fra denne position, " sagde hovedforfatter Julie Biteen, en lektor i U-M Institut for Kemi. "Det spændende fund, vi har gjort i dette papir, er at måle afstanden mellem, hvor farvestoffet ser ud til at være i billeder produceret af vores højopløsningsmikroskoper, og hvor det farvestof faktisk er."

Kemikernes opdagelse giver dem mulighed for at beregne præcis, hvor et farvestof er for mere præcist at lokalisere positionen af ​​det protein eller de bakterier, de studerer. Denne metode kan hjælpe forskere med bedre at forstå, hvordan proteiner interagerer under sygdomstilstande, for eksempel.

For bedre at måle artefakten, Bing Fu, som udførte forskningen i Biteens laboratorium og er nu postdoc ved Cornell University, brugte en noget uventet tilgang:Hun omgav guldnanopartikler med DNA, og indlejrede farvestoffet i DNA'et. DNA har en meget stiv struktur, Biteen sagde, så farvestoffet var sikker på at blive plantet, hvor Fu placerede det. Guld er også ugiftigt til brug i biologiske applikationer, og laver en god antenne, som gør det muligt for Biteen at lysne farvestoffets fluorescens.

Derefter, holdet brugte en meget kraftfuld mikroskopteknik - kaldet "superopløsningsmikroskopi" - til følsomt og præcist at måle, hvor farvestoffet så ud til at være. Denne måling blev sammenlignet med den faktiske farveposition i den omhyggeligt kontrollerede DNA-samling. Denne nye måling af uoverensstemmelsen mellem tilsyneladende og faktisk position vil give dem mulighed for at observere positionerne af proteiner eller bakterier i forhold til hinanden i fremtidige projekter.

"Det, jeg vil være i stand til at gøre, er at detektere selv et enkelt proteinmolekyle, så vi kan se, om kun én del af en befolkning er anderledes, " sagde Biteen. "Medicinsk, en masse sygdom begynder med et meget lille antal celler eller proteiner, der går galt. Med denne højfølsomhedsanalyse, du kan muligvis gøre denne form for tidlig detektion med et lille signal."

I øjeblikket, Biteens laboratorium bruger den raffinerede teknik til at studere Vibrio cholerae-celler, der forårsager sygdommen kolera.

"Vi ser på de proteiner, der producerer koleratoksinet, at bestemme, hvordan koleratoksinet produceres under virulensforhold, og tænker på potentielle terapier for kolera, " sagde Biteen.

Undersøgelsen vises online i ACS Nano , en publikation fra American Chemical Society.