Lytte til hvisken fra de enkelte celler

For at cellerne i vores kroppe kan fungere som en enhed, de skal konstant kommunikere med hinanden. De udskiller signalmolekyler - ioner, proteiner og nukleinsyrer - der opsamles af tilstødende celler, som igen videregiver signalet til andre celler. Vores muskler, fordøjelsessystemet og hjernen er kun i stand til at fungere takket være denne form for kommunikation. Og det er den eneste måde, hvorpå vores immunsystem kan genkende patogener eller inficerede celler og reagere i overensstemmelse hermed - igen, ved at sende signaler ud for at mobilisere immunforsvaret. Hvis noget går galt med denne signalering mellem celler, det kan føre til sygdomme som kræft eller autoimmune lidelser. "Derfor er det vigtigt at undersøge, hvilke signaler cellerne sender ud i hvilke situationer, "siger Morteza Aramesh. Biofysikeren, der arbejder i laboratoriet for biosensorer og bioelektronik ved ETH Zürich, har udviklet en ny metode, der gør netop det:den lytter til kommunikation mellem individuelle celler.

En innovativ nanosensor

Selvom det tidligere har været muligt at måle disse signaler, det kunne kun gøres for hele populationer af hundredvis eller tusinder af celler. Metoderne var ikke følsomme nok til at bruge på individuelle celler, hvilket betyder, at signalmolekylerne fra individuelle celler blev nedsænket i gennemsnittet af den samlede cellepopulation:"Det var umuligt at opdage forskelle mellem celler for at identificere syge celler, for eksempel, "siger Aramesh.

Den nye metode, som for nylig blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Naturnanoteknologi , er anderledes. Aramesh og hans kolleger brugte det, der er kendt som et fluid force -mikroskop, udstyret med en speciel cantilever spids. En cantilever er en lille håndtag med en fin spids, der kan bruges med denne type mikroskop til at scanne overflader - f.eks. En celle. Det nye er, at der er placeret en lille sensor på spidsen af ​​cantilever. Den består af en siliciumnitridpore, der kun er et par nanometer i størrelse, som registrerer når en celle frigiver molekyler.

Sådan fungerer det:transportproteiner placeret i cellemembranen styrer, hvordan en celle frigiver signalmolekylerne. Den nye nanopore -sensor har en så lille diameter, at den kan placeres præcist over et af disse transportproteiner og dermed opfange molekylerne, der strømmer gennem den. Nanopore -sensoren er i stand til at måle ionstrømmen, som ændrer sig når ioner eller større biomolekyler, såsom proteiner eller nukleinsyrer, strømme gennem poren. Forskellige signalmolekyler kan derefter identificeres afhængigt af arten og varigheden af ​​ændringen i ionstrøm.

Et nærmere kig på de enkelte celler

Forskerne har testet deres metode, som de kalder scanning nanopore mikroskopi, på levende nerveceller fra rottehjernevæv. Indtil nu, de har været i stand til at skelne mellem individuelle signalmolekyler, såsom ioner og visse proteiner. Biofysikerne planlægger nu at udvikle deres nanosensor yderligere for at identificere andre signalmolekyler i fremtiden. "Vores mål er i sidste ende at kunne analysere alle en celles signaler, "siger János Vörös, Leder af laboratoriet for biosensorer og bioelektronik og sidste forfatter af publikationen. Ikke desto mindre, metoden kan allerede bruges til at lokalisere transportproteiner i en levende celle.

I øvrigt, den nyudviklede sensor har også givet forskerne mulighed for at kigge inde i celler, da spidsen af ​​nanosensoren er så sart, at den kan punktere cellemembranen uden permanent skade. Inde i cellen, det er derefter muligt at analysere, hvad der elimineres fra cellekernen. "RNA -fragmenter er af særlig interesse her, "siger Vörös. De giver indsigt i, hvilke proteiner en celle i øjeblikket producerer - en nøglefaktor i starten af ​​mange sygdomme.

"Vores metode tilbyder biologer helt nye måder at undersøge individuelle cellers adfærd på, "tilføjer Vörös. Det kan ikke kun skelne mellem syge og raske celler, men kan også bruges til udvikling af stamceller eller til at afgøre, om celler i laboratoriet opfører sig på samme måde som i kroppen. Den nye metode vil sandsynligvis hjælpe med at besvare mange andre spørgsmål i fremtiden.