Als de sleutel tot het winnen van veldslagen is dat je zowel je vijand als jezelf kent, dan zijn wetenschappers nu goed op weg om de Sun Tzus van de geneeskunde te worden door een gigantische stap te zetten in de richting van een onschatbaar voordeel:het vermogen om de soldaten in actie te zien op het slagveld.

Onderzoekers van het Virginia Tech Carilion Research Institute hebben een manier bedacht om biologische structuren direct in beeld te brengen op hun meest fundamentele niveau en in hun natuurlijke habitat. De techniek is een belangrijke vooruitgang in de richting van het uiteindelijke doel van het in beeld brengen van biologische processen in actie op atomair niveau.

"Het is zoiets als het verschil tussen Han Solo bevroren in carboniet zien lopen en hem zien rondlopen terwijl hij stormtroopers opblaast, " zei Deborah Kelly, een assistent-professor aan het VTC Research Institute en een hoofdauteur van het artikel dat de eerste succesvolle test van de nieuwe techniek beschrijft. "Virus zien, bijvoorbeeld, in actie in hun natuurlijke omgeving is van onschatbare waarde."

De techniek omvat het nemen van twee siliciumnitride-microchips met in het midden geëtste vensters en deze samen te drukken totdat er slechts een ruimte van 150 nanometer overblijft. De onderzoekers vullen deze zak vervolgens met een vloeistof die lijkt op de natuurlijke omgeving van de biologische structuur die moet worden afgebeeld, het creëren van een microfluïdische kamer.

Vervolgens, omdat vrij zwevende structuren beelden opleveren met een slechte resolutie, de onderzoekers bedekken het binnenoppervlak van de microchip met een laag natuurlijke biologische kettingen, zoals antistoffen, die van nature een virus vastgrijpen en op zijn plaats houden.

In een recente studie in Lab op een chip , Kelly kwam bij Sarah McDonald, ook een assistent-professor aan het VTC Research Institute, bewijzen dat de techniek werkt.

McDonald leverde een zuiver monster van dubbellaagse rotavirusdeeltjes voor het onderzoek.

"Wat er momenteel ontbreekt op het gebied van structurele biologie is dynamiek - hoe dingen in de tijd bewegen, " zei McDonald. "Debbie ontwikkelt technologieën om die kloof te overbruggen, want dat is duidelijk de volgende grote doorbraak die structurele biologie nodig heeft."

Rotavirus is de meest voorkomende oorzaak van ernstige diarree bij zuigelingen en kinderen. Op de leeftijd van 5, bijna elk kind ter wereld is minstens één keer besmet. En hoewel de ziekte in de ontwikkelde wereld gemakkelijk te behandelen is, in ontwikkelingslanden doodt rotavirus meer dan 450, 000 kinderen per jaar.

Bij de tweede stap in de levenscyclus van de ziekteverwekker, rotavirus werpt zijn buitenste laag af, waardoor het een cel kan binnengaan, en wordt wat een dubbellaags deeltje wordt genoemd. Zodra de tweede laag is blootgesteld, het virus is klaar om de eigen infrastructuur van de cel te gaan gebruiken om meer virussen te produceren. Het was de virale structuur in dit stadium die de onderzoekers in de nieuwe studie in beeld brachten.

Kelly en McDonald bedekten het binnenraam van de microchip met antistoffen tegen het virus. De antilichamen, beurtelings, vergrendeld op de rotavirussen die in de microfluïdische kamer werden geïnjecteerd en hield ze op hun plaats. De onderzoekers gebruikten vervolgens een transmissie-elektronenmicroscoop om het voorbereide objectglaasje in beeld te brengen.

De techniek werkte perfect.

Het experiment gaf resultaten die leken op de resultaten die werden bereikt met traditionele bevriezingsmethoden om rotavirus voor te bereiden op elektronenmicroscopie, bewijzen dat de nieuwe techniek nauwkeurige resultaten kan opleveren.

"Het is de eerste keer dat wetenschappers iets op deze schaal in vloeistof hebben afgebeeld, " zei Kelly.

De volgende stap is om de techniek verder te ontwikkelen met het oog op het dynamisch in beeld brengen van biologische structuren.

specifiek, McDonald wil begrijpen hoe rotavirus zich verzamelt, om deze specifieke vijand van de gezondheid van kinderen beter te leren kennen en te ontwikkelen.

De onderzoekers zeiden dat hun voortdurende samenwerking een voorbeeld is van het interdisciplinaire werk dat een kenmerk wordt van het VTC Research Institute.

"Het is een ideale samenwerking omdat Sarah een fenomenaal modelsysteem biedt waarmee we nieuwe technologieën kunnen ontwikkelen om het veld van microstructurele biologie vooruit te helpen, " zei Kelly.

"Het is erg win-win, McDonald toegevoegd. "Hoewel het virus een geweldig hulpmiddel is voor Debbie om haar technieken te ontwikkelen, haar technologie is van cruciaal belang om me in staat te stellen te begrijpen hoe dit dodelijke virus zich in de loop van de tijd verzamelt en dynamisch verandert."