(Phys.org) -Een nieuwe techniek die licht op nanoschaal vangt om realtime monitoring van individuele moleculen te kunnen buigen en buigen, kan ons helpen begrijpen hoe veranderingen in een cel kunnen leiden tot ziekten zoals kanker.

Een nieuwe methode die gebruik maakt van strak opgesloten licht dat is opgesloten tussen gouden spiegels op een miljardste van een meter van elkaar om moleculen in realtime te zien 'dansen', zou onderzoekers kunnen helpen veel van de celprocessen te ontdekken die essentieel zijn voor al het leven, en hoe kleine veranderingen in deze processen kunnen leiden tot ziekten zoals kanker of de ziekte van Alzheimer.

Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hebben aangetoond hoe ze licht kunnen gebruiken om individuele moleculen te zien buigen en buigen terwijl ze door een modelcelmembraan bewegen. om de innerlijke werking van cellen beter te begrijpen. Details worden vandaag (12 augustus) gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

Het membraan is van vitaal belang voor het normaal functioneren van cellen; virussen buiten houden maar geselecteerde moleculen toestaan, zoals medicijnen, erdoorheen komen. Deze cruciale frontlinie van cellulaire verdediging bestaat uit een laag vettige lipiden, slechts een paar nanometer dik.

Wanneer het celmembraan echter beschadigd is, ongewenste indringers kunnen de cel binnen marcheren. Veel degeneratieve ziekten, zoals Alzheimer, Parkinson, cystische fibrose en spierdystrofie worden verondersteld voort te komen uit schade aan het celmembraan.

Het vermogen om te kijken hoe individuele lipidemoleculen interageren met hun omgeving, kan onderzoekers helpen begrijpen niet alleen hoe deze en andere ziekten zich in hun vroegste stadia gedragen, maar ook veel van de fundamentele biologische processen die essentieel zijn voor al het leven.

Om het gedrag van het celmembraan op het niveau van individuele moleculen te bekijken, het Cambridge-team, werken met onderzoekers van de Universiteit van Leeds, kneep ze in een kleine opening tussen de gespiegelde gouden facetten van een nanodeeltje dat net boven een plat gouden oppervlak zat.

Door zeer nauwkeurige controle van de geometrie van de nanostructuren, en met behulp van Raman-spectroscopie, een ultragevoelige moleculaire identificatietechniek, het licht kan worden opgesloten tussen de spiegels, waardoor de onderzoekers individuele moleculen kunnen 'fingerprinten'. "Het is alsof je een extreem krachtig vergrootglas van goud hebt, " zei professor Jeremy Baumberg van het NanoPhotonics Centre in het Cavendish Laboratory in Cambridge, die het onderzoek leidde.

Door de kleuren te analyseren van het licht dat door de spiegels wordt verstrooid, konden de verschillende trillingen van elk molecuul binnen dit intense optische veld worden gezien. "Door zulke delicate biologische monsters met licht te onderzoeken, kunnen we urenlang naar deze dansende moleculen kijken zonder ze te veranderen of te vernietigen, " zei co-auteur Felix Benz. De moleculen staan ​​schouder aan schouder als bomen in een bos, terwijl een paar zijwaarts rondlopen.

Door continu het verstrooide licht te observeren, individuele moleculen bewegen in en uit de kleine openingen tussen de spiegels. Door zorgvuldige analyse van de handtekeningen van verschillende delen van elk molecuul konden eventuele veranderingen in de vorm van het molecuul worden waargenomen, wat helpt om te begrijpen hoe hun reactieplaatsen kunnen worden ontdekt wanneer ze aan het werk zijn. Het meest opwindende is dat het team zegt dat deze buig- en buigbewegingen naar verwachting niet zullen plaatsvinden op de langzame tijdschalen van het experiment, waardoor de onderzoekers video's kunnen maken van hun voortgang.

"Het is volkomen verbazingwekkend om te zien hoe de moleculen in realtime van vorm veranderen, " zei Richard Taylor, hoofdauteur van het artikel.

De nieuwe inzichten uit dit werk suggereren manieren om processen te onthullen die essentieel zijn voor al het leven en om te begrijpen hoe kleine veranderingen in deze processen ziekte kunnen veroorzaken.