Als je de complexe processen in een levende cel bekijkt, het is gemakkelijk om iets belangrijks over het hoofd te zien, vooral als je kijkt naar veranderingen die lang duren om zich te ontvouwen en die beelden met een hoge ruimtelijke resolutie vereisen. Maar nieuw onderzoek maakt het mogelijk om activiteiten te onderzoeken die gedurende uren of zelfs dagen in cellen plaatsvinden, mogelijk het oplossen van veel van de mysteries die verband houden met gebeurtenissen op moleculaire schaal die plaatsvinden in deze kleine levende wezens.

Een gezamenlijk onderzoeksteam, werkzaam bij het National Institute of Standards and Technology en het National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), heeft een methode ontdekt om nanodeeltjes te gebruiken om het cellulaire interieur te verlichten om deze langzame processen te onthullen. nanodeeltjes, duizenden keren kleiner dan een cel, hebben verschillende toepassingen. Eén type nanodeeltje, een kwantumstip genaamd, gloeit bij blootstelling aan licht. Deze halfgeleiderdeeltjes kunnen worden gecoat met organische materialen, die zijn afgestemd om te worden aangetrokken door specifieke eiwitten in het deel van een cel die een wetenschapper wil onderzoeken.

"Quantum dots gaan langer mee dan veel organische kleurstoffen en fluorescerende eiwitten die we eerder gebruikten om het binnenste van cellen te verlichten, " zegt biofysicus Jeeseong Hwang, die het team aan de NIST-kant leidde. "Ze hebben ook het voordeel dat ze veranderingen in cellulaire processen kunnen volgen, terwijl de meeste technieken met hoge resolutie zoals elektronenmicroscopie alleen beelden opleveren van cellulaire processen die op een bepaald moment bevroren zijn. Met behulp van kwantumdots, we kunnen nu cellulaire processen ophelderen waarbij de dynamische bewegingen van eiwitten betrokken zijn."

Voor hun recente onderzoek het team richtte zich voornamelijk op het karakteriseren van kwantumpunteigenschappen, contrasteren met andere beeldvormende technieken. In een voorbeeld, ze gebruikten kwantumstippen die zijn ontworpen om zich te richten op een specifiek type menselijk rode bloedceleiwit dat deel uitmaakt van een netwerkstructuur in het binnenmembraan van de cel. Wanneer deze eiwitten samenklonteren in een gezonde cel, het netwerk biedt mechanische flexibiliteit aan de cel, zodat deze door nauwe haarvaten en andere krappe ruimtes kan persen. Maar als de cel besmet raakt met de malariaparasiet, de structuur van het netwerkeiwit verandert.

"Omdat het clusteringmechanisme niet goed wordt begrepen, we besloten het te onderzoeken met de puntjes, " zegt NIAID-biofysicus Fuyuki Tokumasu. "We dachten dat als we een techniek konden ontwikkelen om de clustering te visualiseren, zouden we iets kunnen leren over het verloop van een malaria-infectie, die een aantal verschillende ontwikkelingsstadia heeft."

De inspanningen van het team onthulden dat naarmate de membraaneiwitten zich ophopen, de kwantumstippen die eraan vastzitten, worden ertoe aangezet zichzelf te clusteren en helderder te gloeien, waardoor wetenschappers kunnen kijken terwijl de clustering van eiwitten vordert. Breder, het team ontdekte dat wanneer kwantumstippen zich hechten aan andere nanomaterialen, de optische eigenschappen van de stippen veranderen in elk geval op unieke manieren. Ze vonden ook bewijs dat de optische eigenschappen van kwantumdots veranderen als de omgeving op nanoschaal verandert, biedt een grotere mogelijkheid om kwantumstippen te gebruiken om de lokale biochemische omgeving in cellen waar te nemen.

"Sommige zorgen blijven over toxiciteit en andere eigenschappen, "Hwang zegt, "maar alles bij elkaar onze bevindingen geven aan dat kwantumstippen een waardevol hulpmiddel kunnen zijn om dynamische cellulaire processen te onderzoeken."

Meer informatie: H. Kang, F. Tokumasu, de heer Clarke, Z. Zhou, J. Tang, T. Nguyen en J. Hwang. Onderzoek naar dynamische fluorescentie-eigenschappen van enkele en geclusterde kwantumdots naar kwantitatieve biomedische beeldvorming van cellen. WIREs Nanogeneeskunde en nanobiotechnologie . Vroege weergave online op wires.wiley.com/WileyCDA/Wires … .html?pageType=early.

Bron:National Institute of Standards and Technology (nieuws:web)