(Phys.org) —Met behulp van nanodot-technologie, Onderzoekers van Berkeley Lab hebben de eerste op grootte gebaseerde vorm van chromatografie gedemonstreerd die kan worden gebruikt om de membranen van levende cellen te bestuderen. Deze unieke fysieke benadering van het onderzoeken van celmembraanstructuren kan informatie onthullen die cruciaal is om te bepalen of een cel leeft of sterft, normaal blijft of kanker wordt, dat kan niet worden verkregen door conventionele microscopie.

"We hebben membraan-ingebedde nanodot-arrayplatforms ontwikkeld die een fysiek middel bieden om membraanassemblages zowel te onderzoeken als te manipuleren, inclusief signaleringsclusters, terwijl ze functioneren in het membraan van een levende cel, " zegt Jay Groves, een chemicus bij de Physical Biosciences Division van Berkeley Lab, die dit onderzoek leidde.

bosjes, die ook een professor is bij de afdeling Chemie van de University of California (UC) Berkeley, en een onderzoeker van het Howard Hughes Medical Institute (HHMI), is een erkend leider in het ontwikkelen van technieken voor het bestuderen van de impact van ruimtelijke patronen op levende cellen. De door levende cellen ondersteunde synthetische membranen die hij en zijn groep hebben ontwikkeld, zijn opgebouwd uit lipiden en geassembleerd op een substraat van vast silica. Deze membranen worden gebruikt om te bepalen hoe levende cellen niet alleen interageren met hun omgeving door chemische signalen, maar ook door fysieke kracht en ruimtelijke patronen.

"We noemen onze aanpak de ruimtelijke mutatiestrategie omdat moleculen in een cel ruimtelijk kunnen worden herschikt zonder de cel op een andere manier te veranderen, " zegt Groves. "Onze door levende cellen ondersteunde membranen bieden een hybride interface die bestaat uit mobiele en immobiele componenten met een gecontroleerde geometrie waarmee we nanotechnologie in vaste toestand kunnen gebruiken om moleculaire systemen in levende cellen te manipuleren en te controleren."

Hoewel het werk van Groves en anderen de afgelopen jaren het belang heeft aangetoond van ruimtelijke organisatie van eiwitten en lipiden in celmembranen, details over hoe ruimtelijke organisatie is gekoppeld aan functie zijn schaars, voornamelijk vanwege de beperkingen van optische microscopie op lengteschalen onder de diffractielimiet van 250 nanometer. De op grootte gebaseerde chromatografietechniek, ontwikkeld door Groves en zijn groep, stelt hen in staat om supramoleculaire structuren in een celmembraan te onderzoeken op de benodigde lengteschalen van nanometers.

"We hebben nu een manier om structuren van nanoformaat die moleculaire dimensies benaderen te vertalen naar geometrische beperkingen op de beweging van moleculen in een levende cel, "zegt Groves.

Voor hun op grootte gebaseerde chromatografietechniek, de afstand tussen eiwitten en andere cellulaire moleculen wordt bepaald door een hexagonaal of honingraatarray van gouden nanodeeltjes die in het membraan is gefabriceerd. De afstand tussen nanodeeltjes in elke array kan worden gecontroleerd, met toegankelijke afmetingen variërend van 30 tot bijna 200 nanometer.

"Individuele membraancomponenten bewegen vrij door de array, maar de beweging van grotere assemblages wordt belemmerd als ze de fysieke afmetingen van de array overschrijden, zegt Groves.

Groves en zijn collega's testten hun op grootte gebaseerde chromatografietechniek op T-celreceptor (TCR) microclusters in T-celmembranen, dat is de functionele module voor antigeenherkenning door T-cellen (lymfocyten van de thymus) in het immuunsysteem van het lichaam. Deze TCR-signaleringsclusters hebben een grootteregime variërend van tientallen tot enkele honderden nanometers, die typisch onder de diffractielimiet van conventionele optische microscopie ligt. Op grootte gebaseerde chromatografie werd gebruikt om de fysieke eigenschappen van TCR-signaleringsclusters te onderzoeken als een functie van antigeendichtheid. De resultaten onthulden dat TCR-signaleringscluster duidelijk afhankelijk is van de hoeveelheid antigeen die de cel tegenkomt.

"Dit is iets dat we niet eerder wisten over het TCR-microclustersignaleringssysteem, die goed is bestudeerd met behulp van conventionele optische microscopie, ", zegt Groves. "Het is een proof-of-principle-demonstratie die een nieuwe stap vertegenwoordigt in de richting van het verbinden van levende cellen met synthetische materialen om controle op moleculair niveau van de cel te bereiken."