Klein en snel, virussen zijn moeilijk vast te leggen op video. Nu hebben onderzoekers van Princeton University een ongekende kijk gekregen op een virusachtig deeltje terwijl het probeert in te breken in een cel en deze te infecteren. De techniek die ze ontwikkelden, zou wetenschappers kunnen helpen meer te weten te komen over het afleveren van medicijnen via nanodeeltjes - die ongeveer even groot zijn als virussen - en hoe een virale infectie kan worden voorkomen.

De video onthult een virusachtig deeltje dat in een snelle, grillige manier totdat het een cel tegenkomt, stuitert en glijdt over het oppervlak, en ofwel stijgt weer op of, in veel minder tijd dan nodig is om met een oog te knipperen, glipt het binnenste van de cel binnen. Het werk is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

"De uitdaging bij het in beeld brengen van deze gebeurtenissen is dat virussen en nanodeeltjes klein en snel zijn, terwijl cellen relatief groot en onbeweeglijk zijn, " zei Kevin Welsher, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Scheikunde van Princeton en eerste auteur van het onderzoek. "Dat heeft het erg moeilijk gemaakt om deze interacties vast te leggen."

Het probleem kan worden vergeleken met het opnemen van een video van een kolibrie terwijl deze door een uitgestrekte tuin zwerft, zei Haw Yang, universitair hoofddocent scheikunde en adviseur van Welsher. Richt de camera op de snel bewegende kolibrie, en de achtergrond wordt wazig. Focus op de achtergrond, en de vogel zal wazig zijn.

De onderzoekers losten het probleem op door twee camera's te gebruiken, een die zich vastklampte aan het virusachtige nanodeeltje en het getrouw volgde, en een andere die de cel en de omgeving filmde.

Het samenvoegen van de twee afbeeldingen leverde een detailniveau op over de beweging van nanodeeltjes dat nog nooit eerder is bereikt, zei Yang. Voorafgaand aan dit werk, hij zei, de enige manier om kleine objecten met een vergelijkbare resolutie te zien, was door een techniek te gebruiken die elektronenmicroscopie wordt genoemd, waarvoor het doden van de cel vereist.

"Wat Kevin echt anders heeft gedaan, is dat hij een driedimensionaal beeld kan vastleggen van een deeltje ter grootte van een virus dat een levende cel aanvalt, overwegende dat elektronenmicroscopie in twee dimensies en op dode cellen is, " Yang zei. "Dit geeft ons een volledig nieuw niveau van begrip."

Naast het simpelweg bekijken van de capriolen van het deeltje, kunnen de onderzoekers de techniek gebruiken om de contouren van het celoppervlak in kaart te brengen, die hobbelig is met eiwitten die van onder het oppervlak naar boven komen. Door de beweging van het deeltje langs het oppervlak van de cel te volgen, konden de onderzoekers de uitsteeksels in kaart brengen, net zoals een blinde zijn of haar vingers zou kunnen gebruiken om een ​​afbeelding van iemands gezicht te construeren.

"Door de beweging van het deeltje te volgen, konden we zeer fijne structuren volgen met een precisie van ongeveer 10 nanometer, die doorgaans alleen beschikbaar is met een elektronenmicroscoop, " Welsher. (Een nanometer is een miljardste van een meter en ongeveer 1000 keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar.) Hij voegde eraan toe dat het meten van veranderingen in de snelheid van het deeltje de onderzoekers in staat stelde om de viscositeit van de extracellulaire omgeving af te leiden boven het celoppervlak.

De technologie heeft potentiële voordelen voor zowel de ontdekking van geneesmiddelen als de fundamentele wetenschappelijke ontdekking, zei Yang. "Wij geloven dat dit van invloed zal zijn op de studie van hoe nanodeeltjes medicijnen aan cellen kunnen leveren, mogelijk leidend tot een aantal nieuwe verdedigingslinies in antivirale therapieën, " zei hij. "Voor fundamenteel onderzoek, er zijn een aantal vragen die nu kunnen worden onderzocht, such as how a cell surface receptor interacts with a viral particle or with a drug."

Welsher added that such basic research could lead to new strategies for keeping viruses from entering cells in the first place.

"If we understand what is happening to the virus before it gets to your cells, " said Welsher, "then we can think about ways to prevent infection altogether. It is like deflecting missiles before they get there rather than trying to control the damage once you've been hit."

To create the virus-like particle, the researchers coated a miniscule polystyrene ball with quantum dots, which are semiconductor bits that emit light and allow the camera to find the particle. Volgende, the particle was studded with protein segments known as Tat peptides, derived from the HIV-1 virus, which help the particle find the cell. The width of the final particle was about 100 nanometers.

The researchers then let loose the particles into a dish containing skin cells known as fibroblasts. One camera followed the particle while a second imaging system took pictures of the cell using a technique called laser scanning microscopy, which involves taking multiple images, each in a slightly different focal plane, and combining them to make a three-dimensional picture.