Новый инструмент для исследования клеток может помочь раскрыть секреты болезней
Исследование вращательного движения в живых клетках может помочь ученым понять причины смертельных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Об этом заявил Нин Фан, сотрудник Национальной лаборатории Эймса Министерства энергетики США и профессор Университета штата Айова.
В статье «Resolving Rotational Motions of Nano-objects in Engineered Environments and Live Cells with Gold Nanorods and Differential Interference Contrast Microscopy», опубликованной 2 ноября в Journal of the American Chemical Society, и в статье, готовящейся к публикации в ACS Nano, Фан и его команда описывают, как дифференциально-интерференционная микроскопия (DIC) позволяет наблюдать движение наночастиц в живых клетках.
В человеческом теле множество биологических наномашин выполняют различные функции. Однако, по словам Фана, ученые имеют ограниченное понимание того, как эти наномашины работают, особенно в клеточной среде. Поскольку сбой любой из них может привести к заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера, крайне необходимы новые методы для изучения их состава, динамики и механизмов работы.
Чтобы понять принцип их работы, ученые исследуют различные типы движения наномашин, важные для их функции. Поступательное движение (изменение положения объекта) можно отслеживать с помощью ряда существующих методов. Однако вращательное движение, столь же важное и фундаментальное, оставалось в значительной степени неизученным из-за технических ограничений.
Предыдущие методы, такие как отслеживание частиц или флуоресцентная поляризация одиночных молекул, позволяли разрешать вращательное движение только in vitro (например, в чашке Петри). Группа Фана продвинулась дальше, перейдя от изучения движения in vitro к визуализации вращательного движения in vivo, то есть в среде живой клетки.
Для этого они используют золотые наностержни размером всего 25 на 73 нанометра (плотный пучок из 1000 таких стержней имеет диаметр, равный толщине человеческого волоса). В живых клетках эти нетоксичные наностержни по-разному рассеивают свет в зависимости от своей ориентации. Используя метод дифференциально-интерференционной микроскопии (DIC), команда Фана может зафиксировать как ориентацию и положение золотых наностержней, так и оптическое изображение клетки. Это позволяет раскрыть 5D-движение частицы (3 пространственные координаты и 2 угла ориентации) внутри живых клеток.
«Визуализация DIC этого золотого наностержня помогает достичь высокого углового разрешения», — говорит Фан.
«Эта новая техника открывает двери для понимания механизма работы живых наномашин, раскрывая их сложное внутреннее движение», — заявил Фан. «Изучение вращательных движений в нанометровом масштабе внутри живой клетки — это то, чего раньше никогда не делали». Он добавил, что понимание этого вращательного движения важно в борьбе с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, поскольку оно может помочь ученым лучше понять, как нейроны подвергаются воздействию окружающей среды.