Vooruitgang in het begrijpen van rotatiebewegingen in levende cellen kan onderzoekers helpen licht te werpen op de oorzaken van dodelijke ziekten, zoals Alzheimer, volgens Ning Fang, een associate scientist bij het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy en faculteitslid aan de Iowa State University.

In een artikel getiteld "Resolving Rotational Motions of Nano-objects in Engineered Environments and Live Cells with Gold Nanorods and Differential Interference Contrast Microscopy", gepubliceerd in het nummer van 2 november van het Tijdschrift van de American Chemical Society , en een artikel in de pers in ACS Nano , Fang en zijn onderzoeksteam schrijven over de invloed van differentiële interferentiecontrastmicroscopie op het onthullen van beweging van nanodeeltjes in levende cellen.

In het menselijk lichaam, tal van biologische nanomachines vervullen verschillende functies. Maar volgens Fang, wetenschappers hebben slechts een beperkt begrip van hoe deze nanomachines werken, vooral in cellulaire omgevingen. En omdat de storing van een van deze nanomachines tot ziekten kan leiden, zoals Alzheimer, er is grote behoefte aan nieuwe technieken om de compositie te onderzoeken, dynamiek en werkingsmechanismen van deze nanomachines.

Om te begrijpen hoe deze nanomachines werken, wetenschappers kijken naar verschillende soorten beweging in nanomachines die essentieel zijn voor hun functie. Translatiebeweging, of beweging waarbij de positie van een object wordt veranderd, kan worden gevolgd door een verscheidenheid aan huidige technieken. Echter, roterende beweging, die even belangrijk en fundamenteel is als translatiebeweging, was grotendeels onbekend vanwege technische beperkingen.

Eerdere technieken, zoals het volgen van deeltjes of fluorescentiepolarisatie van één molecuul, liet alleen roterende beweging toe om in vitro op te lossen, zoals in een petrischaal. In hun onderzoek hebben Fang's groep is verder gegaan dan het bestuderen van bewegingen in de in vitro omgeving tot het in beeld brengen van rotatiebewegingen in de in vivo, of levende cel, omgeving.

Om dit te doen, ze vertrouwen op het gebruik van gouden nanostaafjes, die slechts 25 bij 73 nanometer groot zijn (een goed verpakte bundel van 1000 nanostaafjes heeft dezelfde diameter als een mensenhaar). In levende cellen, deze niet-toxische nanostaafjes verstrooien het licht op verschillende manieren, afhankelijk van hun oriëntatie. Met behulp van een techniek genaamd differentiële interferentiecontrastmicroscopie, of DIC, Het team van Fang kan zowel de oriëntatie als de positie van de gouden nanostaafjes vastleggen, naast het optische beeld van de cel en, dus, onthullen de 5D-beweging van een deeltje (3 ruimtelijke coördinaten en 2 oriëntatiehoeken) in levende cellen.

"DIC-beeldvorming van deze gouden nanostaaf helpt ons een hoge hoekresolutie te geven, " zegt Fan.

"Deze nieuwe techniek opent deuren om het werkingsmechanisme van levende nanomachines te begrijpen door hun complexe interne bewegingen te onthullen, "zei Fang. "Het bestuderen van rotatiebewegingen op nanometerschaal in een levende cel is gewoon iets dat nog nooit eerder is gedaan." Hij voegde eraan toe dat het begrijpen van deze rotatiebeweging belangrijk is in de strijd tegen ziekten, zoals Alzheimer, omdat het wetenschappers kan helpen beter te begrijpen hoe neuronen worden beïnvloed door de omgeving.