Een fluorescerend molecuul waarvan de helderheid afhangt van hoe snel het kan draaien, helpt onderzoekers te meten hoe stroperig de vloeistof in verschillende delen van een cel is.

"Er is veel interesse in het biofysische veld voor het ontwikkelen van chemische sondes die kunnen worden gebruikt om de omgeving in een cel of een ander biologisch compartiment te karakteriseren, " zegt Peter Bond, van het Bioinformatics Institute van A*STAR.

Onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk en Singapore, waaronder A*STAR-wetenschappers zoals het team van Bond, dat de computationele arm van het project leidde, hebben gemodelleerd, een molecuul ontwikkeld en getest dat uit twee delen bestaat; een genetische sonde die is ontworpen om in te spelen op bepaalde eiwitten, dus het kan worden gestuurd naar waar dan ook in een cel dat eiwit wordt gevonden; en een moleculaire rotor - een fluorescerend molecuul waarvan de fluorescentie langer aanhoudt, hoe langzamer hij draait. A*STAR-onderzoekers simuleerden hoe dit molecuul zou presteren in verschillende micro-omgevingen op schalen van miljoensten of zelfs miljardsten van een meter.

Microviscositeit verwijst naar hoe viskeus, of dik, de vloeistof is met name delen van een cel. Omdat celinhoud mobiel is in een vloeibare omgeving, microviscositeit kan een grote invloed hebben op hoe eiwitten en biologische moleculen op elkaar inwerken en met elkaar communiceren. "Deze eiwitten worden beïnvloed door interacties met elkaar, en door lokale verschillen in osmolyten en andere kleine moleculen, zoals voedingsstoffen, ' zegt Bond.

Om de microviscositeit in een cel te meten, de onderzoekers moesten eerst de dynamiek begrijpen van hoe deze sonde zich zou kunnen gedragen in omgevingen met verschillende viscositeiten. Met behulp van computersimulaties van vloeistoffen, ze konden aantonen dat naarmate de viscositeit van de oplossing toenam, de rotatiesnelheid van de sonde nam af en de fluorescentie ervan veranderde op een meetbare manier.

Ondertussen voerden hun collega's in het Verenigd Koninkrijk experimenten uit in cellen en vonden zeer vergelijkbare resultaten. Met behulp van de nieuw ontwikkelde microviscositeitssonde, konden de onderzoekers bestuderen hoe mitochondriën, de krachtpatsers van de cel, reageren op veranderingen in de omgeving. Ze ontdekten dat het inwendige van mitochondriën stabiele viscositeitsomstandigheden handhaafde, zelfs bij grote veranderingen in externe elektrolytconcentraties en viscositeit.

Microviscositeit wordt verondersteld een belangrijke rol te spelen bij ziekten zoals de ziekte van Alzheimer, met bewijs dat suggereert dat microviscositeit in de hersencellen kan veranderen naarmate de ziekte vordert.

"Als we factoren als microviscositeit zouden kunnen begrijpen, evenals het begrijpen van fundamentele biologische mechanismen, we kunnen nieuwe benaderingen ontwikkelen voor de behandeling van ziekten, ' zegt Bond.