Forskere er pionerer med ny metode til at måle elektricitet i celler

Elektricitet er en nøgleingrediens i levende kroppe. Vi ved, at spændingsforskelle er vigtige i biologiske systemer; de driver hjertets slag og tillader neuroner at kommunikere med hinanden. Men i årtier, det var ikke muligt at måle spændingsforskelle mellem organeller – de membranomviklede strukturer inde i cellen – og resten af ​​cellen.

En banebrydende teknologi skabt af UChicago-forskere, imidlertid, giver forskere mulighed for at kigge ind i celler for at se, hvor mange forskellige organeller der bruger spændinger til at udføre funktioner.

"Forskere havde i lang tid bemærket, at ladede farvestoffer brugt til farvning af celler ville sætte sig fast i mitokondrierne, " forklarede kandidatstuderende Anand Saminathan, den første forfatter til avisen, som blev offentliggjort i Natur nanoteknologi . "Men lidt arbejde er blevet gjort for at undersøge membranpotentialet af andre organeller i levende celler."

Krishnan-laboratoriet på UChicago har specialiseret sig i at bygge bittesmå sensorer til at rejse inde i celler og rapportere tilbage om, hvad der sker, så forskerne kan forstå, hvordan celler fungerer – og hvordan de nedbrydes ved sygdom eller lidelser. Tidligere, de har bygget sådanne maskiner til at studere neuroner og lysosomer, blandt andre.

I dette tilfælde, de besluttede at bruge teknikken til at undersøge organellernes elektriske aktiviteter inde i levende celler.

I neuronernes membraner, der er proteiner kaldet ionkanaler, som fungerer som gateways for ladede ioner til at komme ind og ud af cellen. Disse kanaler er afgørende for, at neuroner kan kommunikere. Tidligere forskning har vist, at organeller har lignende ionkanaler, men vi var ikke sikre på, hvilke roller de spillede.

Forskernes nye værktøj, kaldet Voltair, gør det muligt at udforske dette spørgsmål yderligere. Det fungerer som et voltmeter, der måler spændingsforskellen mellem to forskellige områder inde i en celle. Voltair er konstrueret af DNA, hvilket betyder, at den kan gå direkte ind i cellen og få adgang til dybere strukturer.

I deres indledende studier, forskerne ledte efter membranpotentialer - en forskel i spænding inde i en organel versus udenfor. De fandt beviser for sådanne potentialer i flere organeller, såsom trans-Golgi-netværk og genanvendelse af endosomer, som man tidligere mente slet ikke havde membranpotentialer.

"Så jeg tror, ​​at membranpotentialet i organeller kan spille en større rolle - måske hjælper det organeller med at kommunikere, " sagde Prof. Yamuna Krishnan, en ekspert i nukleinsyrebaserede molekylære enheder.

Deres studier er kun begyndelsen, forfatterne sagde; Voltair tilbyder en måde, hvorpå forskere inden for mange felter kan besvare spørgsmål, de aldrig engang har været i stand til at stille. Det kan endda bruges i planter.

"Denne nye udvikling vil i det mindste starte samtaler, og kan endda inspirere til et nyt forskningsfelt, " sagde Saminathan.