Прорыв в измерении молекулярных сил в живых клетках
Исследователи из Университета Британской Колумбии (кампус Оканаган) представили два ключевых открытия, которые революционизируют наблюдение и измерение молекулярных сил внутри живых клеток.
Работы, опубликованные в журналах Advanced Science и Angewandte Chemie, значительно продвигают область молекулярной механобиологии. Прорывы обеспечивают беспрецедентную точность и долговечность визуализации сил, объясняет доктор Айзек Ли, доцент кафедры химии.
Под руководством доктора Ли, канадского исследовательского председателя в области биophysics одиночных молекул и механобиологии, команда создала технологию qtPAINT.
qtPAINT — это первый метод визуализации, способный измерять молекулярные силы с пространственной точностью на нанометровом уровне и временным разрешением в минуты. Он сочетает ДНК-зонды молекулярного натяжения с передовой микроскопией, позволяя в реальном времени наблюдать за поведением крошечных механических сил внутри живых клеток.
"Крошечные молекулярные силы управляют многими важными функциями в организме, такими как борьба с инфекциями, заживление ран и прогрессирование рака. До qtPAINT исследователи могли видеть, где происходят эти силы, но не могли измерить, насколько они сильны или как меняются со временем", — объясняет доктор Сонхо Ким, ведущий автор исследования qtPAINT.
После успеха qtPAINT команда доктора Ли решила давнюю проблему, ограничивавшую использование ДНК-зондов натяжения: их быстрое разрушение естественными ферментами DNases.
Вторая работа предлагает простое и мощное решение — "ДНК-приманки" (decoy DNA). Добавление дополнительных нитей безвредной ДНК в эксперименты создает "жертвенные" мишени для DNases. Этот подход значительно увеличивает срок службы функциональных зондов натяжения с нескольких часов до более чем 24 часов или даже нескольких дней.
"Вместо сложных и дорогих химических модификаций наш подход больше похож на отвлечение хищников этими приманками. Это защищает наши ДНК-зонды и значительно улучшает качество и продолжительность измерений", — говорит Хонгюань Чжан, ведущий автор исследования о ДНК-приманках.
Вместе эти два прорыва выводят исследователей на передний край визуализации молекулярных сил, предоставляя ученым мощные и доступные инструменты для изучения механики жизни.
"Более долговечная количественная визуализация сил дает исследователям возможность глубже изучать сложные биологические системы, что потенциально может привести к новым прорывам в исследованиях рака, иммунологии и регенеративной медицине", — добавляет доктор Ли.
Его лаборатория специализируется на биophysics одиночных молекул и механобиологии, разрабатывая методы для визуализации и управления молекулярными силами в живых клетках. Исследования включают создание механочувствительных ДНК-наноструктур — крошечных инструментов на основе ДНК, реагирующих на физические силы, — для контроля движения клеток и их восприятия окружающей среды, а также разработку высокопроизводительных биофизических анализов для скрининга лекарств и диагностики.
Лаборатория использует междисциплинарный подход, сочетая клеточную биологию, биохимию, биophysics, нанотехнологии и биоинженерию.
"Наша цель всегда заключалась в разработке эффективных и доступных инструментов. Эти исследования отражают наши постоянные усилия по созданию технологий, которые поддерживают значимые открытия во многих областях науки", — говорит доктор Ли.