In een eerste proof-of-concept studie, onderzoekers van Ruhr-Universität Bochum (RUB) hebben twee microscopiemethoden gecombineerd die zowel het celoppervlak als de verdeling van een eiwit in de cel zichtbaar maken, met een resolutie in het nanometerbereik. De methode kan worden gebruikt voor levende cellen. Het kan bijvoorbeeld helpen analyseren hoe kankermetastasen worden gevormd of de werkzaamheid van specifieke medicijnen beoordelen. De onderzoekers van de nanoscopische werkgroep van Rubion, de Centrale Eenheid voor Ionenstralen en Radionucliden bij RUB, rapporteerden hun bevindingen in het gerenommeerde tijdschrift ACS Nano op 23 mei, 2018.

Een eerste stap

Aanzienlijk kleiner dan 250 nanometer, eiwitcomplexen kunnen niet in detail worden weergegeven met behulp van lichtmicroscopietechnieken. Om een ​​weg naar binnen te vinden, de RUB-werkgroep combineerde gestimuleerde emissiedepletiemicroscopie (STED) met scanning ion conductance microscopie (SICM).

"STED-microscopie stelt ons in staat om de verdeling van eiwitten in hoge resolutie te analyseren. SICM maakt sonderen met hoge resolutie van het celmembraan mogelijk. Dienovereenkomstig, we hebben de verdeling van het cellulaire eiwit actine kunnen koppelen aan de nanostructuur van het celmembraan, " legt Philipp Hagemann uit, doctoraat onderzoeker in de werkgroep. "Onze resultaten vormen een eerste stap naar high-res analyse van de oppervlaktestructuur, d.w.z. de biochemische organisatie van de cel en het omringende membraan, " legt Dr. Patrick Happel uit, hoofd van de werkgroep nanoscopie.

De rol van het celmembraan begrijpen

Het celmembraan is een vetlaag die elke cel omsluit, waardoor het wordt gescheiden van zijn omgeving. Om te communiceren met hun omgeving, cellen hebben een aantal verschillende eiwitten die zijn ingebed in het celmembraan en externe prikkels naar het binnenste van de cel brengen. "De manier waarop eiwitten in het celmembraan zijn georganiseerd, de manier waarop hun positie verandert, en de manier waarop die veranderingen worden georkestreerd is nog niet volledig begrepen, ", zegt Happel. De eiwitten in het celmembraan en het celmembraan zelf zijn belangrijke factoren in dit proces, als cellen hun positie veranderen tijdens wondgenezing, tijdens de ontwikkeling, en ook terwijl kankermetastasen worden gevormd. Onderzoekers noemen dit proces migratie.

Hoewel celmigratie verschilt tussen verschillende celtypes, een gemeenschappelijk aspect is een uitzetting van het celmembraan in de bewegingsrichting. Binnen het organisme, migrerende cellen moeten zich door extreem nauwe openingen tussen andere cellen verplaatsen. Dit kan alleen als de cel flink vervormd is, en als adhesiecomplexen worden gevormd aan de voorrand van de cel en worden losgemaakt aan de achterrand. Het samenspel van deze biochemische en biofysische processen is op moleculair niveau nog nauwelijks begrepen, aangezien er geen methode bestaat die dit dynamische proces gedurende een langere periode in hoge resolutie kan volgen.

Tweedelig apparaat gepland

"We hebben de gegevens achtereenvolgens met verschillende apparaten vastgelegd. konden we aantonen dat onze methode nieuwe analyses mogelijk maakt, " legt Astrid Gesper uit, doctoraat onderzoeker in de werkgroep.

Om analyse in levende cellen te vergemakkelijken, het team is van plan om in de volgende stap een gecombineerd instrument te ontwikkelen. "De combinatie van beide methoden zal de transportprocessen tot in detail zichtbaar maken - wat ook een cruciale rol speelt voor gerichte toepassing van medicijnen via nanodeeltjes, ’ besluit Patrick Happel.