Zobrazovací nástroje, jako je X-ray a MRI revoluci medicíny tím, že lékaři zblízka pohled mozku a dalších životně důležitých orgánů v živé, dýchající lidé. Vědci z Columbia University nyní hlásí nový způsob přiblížení na nejmenších stupnicích, aby sledovali změny v jednotlivých buňkách.
popsaný v posledním čísle Nature Communications, nástroj kombinuje široce používaný chemický stopovač, D2O nebo těžkou vodu s relativně novou laserovou zobrazovací metodou zvanou stimulovaný Ramanův rozptyl (SRS)., Technika je potenciální aplikace zahrnují pomoc chirurgů rychle a přesně odstranit nádory, pomáhá odhalit poranění hlavy a vývojové a metabolické poruchy.

„tuto technologii můžeme použít k vizualizaci metabolických aktivit u široké škály zvířat,“ uvedl vedoucí autor studie Wei Min, profesor chemie na Columbia University. „Tím, že sleduje, kde a kdy nové proteiny, lipidy a DNA molekuly jsou vyrobeny, se můžeme dozvědět více o tom, jak zvířata rozvíjet a věk, a to, co se pokazí v případě zranění a nemoci.,“

průlom zahrnuje použití těžké vody jako chemického stopovače. Dělal tím, že vymění voda, atomy vodíku s jejich těžší relativní, deuterium, těžká voda vypadá a chutná jako normální vodou a v malých dávkách (ne více než pět lžíce pro člověka) je bezpečná k pití. Jednou metabolizován buňkami v těle, těžká voda je začleněno do nově vyrobených proteinů, lipidů a DNA, kde deuteria, které tvoří chemické vazby s uhlíkem.,

Když se tyto carbon-deuterium dluhopisy jsou hit s světlo, vibrují v různých frekvencích, vědci zjistili, umožňující každé makromolekuly být identifikován jako protein, lipidů nebo DNA. Z těchto frekvenčních podpisů mohli sledovat růst nových proteinů, lipidů a DNA v mozku, kůži, střevě a dalších orgánech zvířete.

ačkoli se těžká voda již používá k označení proteinů a lipidů ke sledování metabolických změn, analýza se v současné době provádí na hmotnostním spektrometru na buňkách extrahovaných z těla., Tato metoda nyní umožňuje vizualizovat subcelulární změny v reálném čase a prostoru. „Získáváme nepřetržitý obraz toho, co se děje uvnitř živých zvířecích buněk. Dříve jsme měli jen snímek, “ řekl spoluautor studie Lingyan Shi, postdoktorandský výzkumník v Columbii.

Ve studii, vědci se ředí obyčejnou vodu s D2O a dal to na škrkavky, myši a embrya dania pruhovaného pít. Zaměřili SRS laser na různé tkáně a sledovali hodiny a dny, kdy se vytvořily nové proteiny, lipidy a DNA označené deuteriem.,

V jednom experimentu sledovali, jak se kolem rychle rostoucích nádorů mozku a tlustého střeva u myší objevuje jasná linie. Jak se rakovinné buňky rozdělily, bylo do jejich nově vytvořených proteinů a lipidů začleněno více deuteria. „Tato metoda vytváří ostrou linii mezi zdravou a rakovinnou tkání, což usnadňuje odstranění nádoru,“ řekl Shi.

experimenty také nabídly nové poznatky o vývoji a stárnutí buněk.

– u škrkavky sledovali růst produkce tuku a pokles reprodukčního systému červa, jak stárl., Tuk pomáhá vajíčka červů dozrát a jakmile tento přidaný tuk již nebyl užitečný, tvorba tuku se zpomalila, zjistili. Také viděli shluky nové proteinové formy v těle staršího červa, což naznačuje, že zobrazování SRS značené deuteriem by mohlo být použito ke sledování proteinových depozit, a tedy onemocnění související se stárnutím.

– v rozvíjejících se mozcích dětských myší pozorovali tvorbu vrstvy izolačního tuku, nazývaného myelinový plášť, kolem každé buňky., Sledování procesu v reálném čase navrhl, aby vědci, že deuterium-označením SRS zobrazovací by mohly být použity k zjistit, zda mozek dítěte vyvíjí správně, nebo pokud se u pacientů, kteří trpí roztroušenou sklerózou, onemocněním, které napadá mozek je myelin a narušuje tok informací, může být zotavuje.

– v buňkách potních žláz myší sledovali, jak se v buňkách na vnějších okrajích potních žláz vytvářejí nové lipidy, které tlačí starší buňky dovnitř., Když ty staré buňky, a konečně dosáhl středu žlázy, zemřeli a byli vyhnáni v procesu myšlení, aby hydratují pokožku a vlasy nad.

„krása tohoto mapování metody je její jednoduchost,“ říká Eric Potma, profesor chemie na University of California v Irvine, který nebyl zapojen do studie. „Vytváří živé obrazy metabolické aktivity v tkáních se zdánlivě minimálním úsilím. Vzhledem k tomu, že mikroskop SRS se stále zmenšuje, zobrazování SRS značené deuteriem může pomoci zachytit nádory v mnohem dřívějších stádiích.,“

Působí na tušení, že prvek vodík přišel v těžší formě, Harold Urey, pak profesor chemie na Columbii, uspěl v oddělení deuteria z kapalného vodíku v roce 1931. Objev mu o tři roky později získal Nobelovu cenu za chemii. Kromě toho, že slouží jako sledovač v hmotnostní spektroskopii, deuterium se dnes používá ke sledování změn v cirkulaci oceánu, ke studiu tvorby hvězd a modulování chemických reakcí při výrobě jaderné energie.
tento článek byl publikován z materiálů poskytnutých Columbia University., Poznámka: materiál mohl být upraven pro délku a obsah. Pro další informace kontaktujte citovaný zdroj.
Reference
Lingyan Shi, Chaogu Zheng, Yihui Shen, Zhixing Chen, Edilson. S. Silveira, Luyuan Zhang, Wei Mian, Chang, Liu, Carmen de Sena-Tomáš, Kimara Targoff, Wei Min. Optické zobrazování metabolické dynamiky u zvířat. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038 / s41467-018-05401-3.