Onderzoekers van de Urbana-Champaign van de Universiteit van Illinois kunnen nu snel individuele organellen in cellen isoleren en chemisch karakteriseren. De nieuwe techniek test de grenzen van de analytische chemie en onthult snel de chemische samenstelling van organellen die de biologische groei beheersen, ontwikkeling en ziekte.

De bevindingen van de nieuwe studie, onder leiding van professor scheikunde Jonathan Sweedler, worden gepubliceerd in het tijdschrift Natuurmethoden .

De nieuwe aanpak lokaliseert en isoleert individuele organellen met behulp van lichtmicroscopie, analyseert ze vervolgens chemisch via MALDI MS, of matrix-geassisteerde laserdesorptie/ionisatie massaspectrometrie. Het hele proces duurt een uur - een taak die menselijke analisten jaren zou kunnen kosten.

"Cellen zijn niet zomaar zakjes vol chemicaliën, " Zei Sweedler. "Ze bevatten organellen die specifieke functies vervullen. Het vermogen om de chemische samenstelling van individuele organellen te karakteriseren zou moeten leiden tot een beter begrip van hoe cellen ziekten ontwikkelen en tot expressie brengen."

De onderzoekers zeiden dat ze niet de eersten zijn die organellen chemisch karakteriseren. Maar het gebruik van hun geautomatiseerde targeting- en chemische analysebenadering is sneller en nauwkeuriger, en zorgt ervoor dat ze precies analyseren wat ze van plan zijn. Op deze manier, ze kunnen de chemische samenstelling van een enkel organel bepalen - niet de gemiddelde samenstelling van een groter monster dat veel organellen bevat.

Voor deze studie is het team concentreerde zich op de blaasjes van de cel - zowel dichte kern als doorschijnende variëteiten - verzameld uit zeeslakken, die een veelgebruikt neurowetenschappelijk studiemodel zijn. Vesicles werden geselecteerd als het organel van belang omdat ze betrokken zijn bij chemische cel-naar-cel-signalering. De onderzoekers zeiden dat ze ook groter zijn dan veel van de andere organellen, waardoor ze uitstekende eerste kandidaten zijn om de mogelijkheden van de nieuwe aanpak te demonstreren.

"We analyseerden ongeveer 1, 000 individuele blaasjes van zeeslakken, " chemieprofessor Stanislav Rubakhin zei. "We vonden heterogeniteit tussen de soorten lipiden en biologisch actieve peptiden, wat aangeeft dat MALDI MS gevoelig genoeg is om chemische verschillen te detecteren tussen wat werd beschouwd als dezelfde soorten organellen."

Omdat ziekte vaak wordt opgemerkt wanneer heterogene cellen verschijnen binnen een enkel weefseltype, Rubakhin zei, het vermogen om deze verschillen op subcellulair niveau te onderscheiden, zou kunnen leiden tot eerdere detectie en behandeling.

"Onze nieuwe workflow kan de wetenschappelijke gemeenschap helpen de 'onderdelenlijst' van de organellen in cellen te voltooien, " zei afgestudeerde student Daniel Castro. "Het hebben van die onderdelenlijst zal ons helpen bepalen of er iets ontbreekt of extra is in de organellen, ons helpen subtiele veranderingen te ontdekken en te bestuderen hoe die veranderingen correleren met ziekten zoals kanker en die welke verband houden met de hersenen en de geestelijke gezondheid."