Наночастицы-детективы внутри клеток
Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Министерство энергетики США) создали яркие, стабильные и биосовместимые нанокристаллы, которые действуют как индивидуальные детективы активности внутри клетки.
Эти идеальные светоизлучающие зонды представляют собой значительный шаг в изучении поведения белков и других компонентов в сложных системах, таких как живая клетка.
Маркировка заданного клеточного компонента и отслеживание его в типичной биологической среде сопряжены с проблемами: зонд может случайно включаться и выключаться, конкурирует с собственным свечением клетки и часто требует настолько интенсивного лазерного возбуждения, что в итоге разрушается, искажая наблюдаемую картину.
«Созданные нами наночастицы можно использовать для изучения биомолекул по одной», — сказал Брюс Коэн, сотрудник Центра биологических наноструктур в исследовательском центре нанонауки Molecular Foundry. «Эти зонды для одно-молекулярного отслеживания позволят нам следить за белками внутри клетки или на её поверхности и искать изменения в активности при добавлении лекарств или других биологически активных соединений».
Постдокторанты Molecular Foundry Шивей Ву и Ган Хан под руководством Коэна, сотрудника по визуализации и манипулированию наноструктурами Джима Шака и директора Центра неорганических наноструктур Делии Миллирон, разработали нанокристаллы, содержащие редкоземельные элементы. Эти кристаллы поглощают низкоэнергетический инфракрасный свет и преобразуют его в видимый свет через серию переносов энергии при облучении непрерывным лазером ближнего ИК-диапазона. Биологические ткани более прозрачны для ближнего инфракрасного света, что делает эти нанокристаллы идеальными для визуализации живых систем с минимальным повреждением или рассеянием света.
«Известно, что редкоземельные элементы обладают фосфоресценцией, подобно тому, как светится экран старого телевизора после выключения. Эти нанокристаллы используют это свойство и в миллион раз эффективнее традиционных красителей», — сказал Шак. «До сих пор не был найден идеальный зонд для одно-молекулярной визуализации — наши результаты показывают, что отдельный нанокристалл настолько стабилен и ярок, что можно уйти на обед, вернуться, и его интенсивность останется неизменной».
Чтобы изучить поведение зондов в реальной биологической системе, команда инкубировала нанокристаллы с эмбриональными фибробластами мыши — клетками, критически важными для развития соединительной ткани, что позволило нанокристаллам проникнуть внутрь клетки. Визуализация живых клеток с использованием того же лазера ближнего ИК-диапазона показала столь же сильную люминесценцию нанокристаллов внутри мышиной клетки без какого-либо измеримого фонового сигнала.
«Хотя частицы такого типа существовали в той или иной форме уже некоторое время, наше открытие беспрецедентных "одно-молекулярных" свойств, которыми обладают эти отдельные нанокристаллы, открывает широкий спектр ранее недоступных приложений», — добавляет Шак.
Источник: DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory