Indfangning af konturerne af levende celler med ny nanobilledteknik ved hjælp af grafen

For hver dag der går, menneskelig teknologi bliver mere raffineret, og vi bliver lidt bedre rustet til at se dybere ind i biologiske processer og molekylære og cellulære strukturer, derved opnår større forståelse for mekanismer bag sygdomme som kræft, Alzheimers, og andre.

I dag, nanobilleddannelse, en sådan banebrydende teknologi, bruges i vid udstrækning til strukturelt at karakterisere subcellulære komponenter og cellulære molekyler såsom kolesterol og fedtsyrer. Men det er ikke uden sine begrænsninger, som professor Dae Won Moon fra Daegu Gyeongbuk Institute of Technology (DGIST), Korea, ledende videnskabsmand i en nylig banebrydende undersøgelse, der fremmer feltet, forklarer:"De fleste avancerede nanobilledteknikker bruger accelererede elektron- eller ionstråler i miljøer med ultrahøjt vakuum. For at introducere celler i et sådant miljø, man skal kemisk fiksere og fysisk fryse eller tørre dem. Men sådanne processer forringer cellernes oprindelige molekylære sammensætning og fordeling."

Prof. Moon og hans team ønskede at finde en måde at undgå denne forringelse. "Vi ønskede at anvende avancerede nanobilledteknikker i miljøer med ultrahøjt vakuum til levende celler i opløsning uden nogen kemisk og fysisk behandling, ikke engang fluorescensfarvning, at opnå iboende biomolekylær information, som er umulig at opnå ved brug af konventionelle biobilleddannelsesteknikker, "Dr. Heejin Lim, et centralt medlem af forskergruppen, forklarer. Deres nye løsning er udgivet i Naturens metoder .

Deres teknik involverer at placere våde celler på et kollagenbelagt vådt underlag med mikrohuller, som igen er oven på et cellekulturmediumreservoir. Cellerne dækkes derefter med et enkelt lag grafen. Det er grafenen, der forventes at beskytte cellerne mod udtørring og cellemembraner mod nedbrydning.

Gennem optisk mikroskopi, forskerne bekræftede, at når forberedt på denne måde, cellerne forbliver levedygtige og levende i op til ti minutter efter anbringelse i et miljø med ultrahøjt vakuum. Forskerne udførte også nanoimaging, specifikt, sekundær ion massespektrometri billeddannelse, i dette miljø i op til 30 minutter. De billeder, de fangede inden for de første ti minutter, tegner et meget detaljeret (submikrometer) billede af den sande iboende fordeling af lipider i deres native tilstande i cellemembranerne; i denne varighed, membranerne undergik ingen væsentlig forvrængning.

Også med denne metode imidlertid, en kaskade af ionstrålekollisioner ved et punkt på grafenfilmen kan skabe et stort nok hul til, at nogle af lipidpartiklerne kan undslippe. Men mens denne nedbrydning til cellemembranen forekommer, det er ikke signifikant inden for ti-minutters vinduet, og der er ingen løsningslækage. Yderligere, grafenmolekylerne reagerer med vandmolekyler for at reparere sig selv. Så, samlet set, dette er en fantastisk måde at lære om cellemembranmolekyler i deres oprindelige tilstand i høj opløsning.

"Jeg forestiller mig, at vores innovative teknik kan bruges i vid udstrækning af mange biomedicinske billeddannelseslaboratorier til mere pålidelige bioanalyser af celler og i sidste ende til at overvinde komplekse sygdomme, " siger prof. Moon.

Vil denne innovation blive normen? Det vil tiden vise!