Kuvantamisen työkaluja, kuten röntgen-ja MAGNEETTIKUVAUS ovat mullistaneet lääketieteen antamalla lääkärit lähikuva näkymä aivot ja muita elintärkeitä elimiä eläviä, hengittäviä ihmisiä. Nyt, Columbian Yliopiston tutkijat raportoivat uusi tapa zoomata pienimmätkin asteikot seurata muutoksia yksittäisissä soluissa.
Kuvattu uusimmassa numerossa Nature Communications -, työkalu yhdistää laajalti käytetty kemiallisen merkkiaineen, D2O, tai raskasta vettä, jossa on suhteellisen uusi laser-kuvantamisen menetelmää kutsutaan stimuloitua Raman scattering (SRS)., Tekniikan mahdollisiin sovelluksiin kuuluu kirurgien auttaminen nopeasti ja tarkasti poistamaan kasvaimia, auttamaan pään vammojen sekä kehitys-ja aineenvaihduntahäiriöiden havaitsemisessa.

”Voimme käyttää tätä tekniikkaa visualisoidaksemme metabolisia toimintoja monenlaisissa eläimissä”, sanoi tutkimuksen vanhempi kirjoittaja Wei Min, Columbian yliopiston kemian professori. ”Seuraamalla, missä ja milloin uusia proteiineja, lipidejä ja DNA-molekyylejä on tehty, voimme oppia lisää siitä, miten eläimet kehittää ja ikä, ja mikä menee pieleen jos vamma ja sairaus.,”

läpimurtoon liittyy raskaan veden käyttö kemiallisena merkkiaineena. Tehty vaihtamalla vesi on vedyn atomien kanssa heidän raskaampia suhteellinen, deuterium, raskas vesi näyttää ja maistuu tavallista vettä ja pieninä annoksina (enintään viisi ruokalusikallista ihmisille) on turvallista juoda. Kun elimistön solut metaboloituvat, raskas vesi yhdistyy vastavalmistuneisiin proteiineihin, lipideihin ja DNA: han, jossa deuterium muodostaa kemiallisia sidoksia hiilen kanssa.,

Kun nämä hiili-deuterium joukkovelkakirjojen osuma valoa, ne värähtelevät eri taajuuksilla, tutkijat havaitsivat, jolloin jokainen makromolekyylejä voidaan tunnistaa, kuten proteiini -, rasva-tai DNA: ta. Näistä taajuusjäljistä ne voisivat seurata uusien proteiinien, lipidien ja DNA: n kasvua eläimen aivoissa, iholla, suolistossa ja muissa elimissä.

Vaikka raskas vesi on jo käytetty label proteiineja ja lipidejä seurata aineenvaihdunnan muutoksia, analyysi on tällä hetkellä tehty massaspektrometri, solujen uutettu kehosta., Tällä menetelmällä on nyt mahdollista havainnollistaa solumuutoksia reaaliaikaisesti ja avaruudessa. ”Saamme jatkuvan kuvan siitä, mitä elävien eläinsolujen sisällä tapahtuu. Aiemmin meillä oli vain tilannekuva”, sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja, Columbian tutkijatohtori Lingyan Shi.

tutkimuksessa, tutkijat laimennettu säännöllisesti vettä D2O ja antoi sen sukkula, hiiret ja seeprakala alkioiden juoda. Tavoitteena SRS laser eri kudosta, he katselivat tuntikausia ja päivää kuin uusi deuterium-merkittyjä proteiineja, lipidejä ja DNA rakennettu.,

yhdessä kokeessa he katselivat, kuinka hiirillä nopeasti kasvavien aivojen ja paksusuolen kasvainten ympärille syntyi kirkas viiva. Syöpäsolujen jakautuessa lisää deuteriumia liitettiin niiden vasta valmistettuihin proteiineihin ja lipideihin. ”Tämä menetelmä luo terävän rajan terveen ja syöpäkudoksen välille, mikä tekee kasvaimen poistamisesta paljon helpompaa”, Shi sanoi.

kokeet tarjosivat myös uusia oivalluksia solujen kehityksestä ja ikääntymisestä.

– kun suolinkaistartuntojen, he katselivat rasvaa tuotannon nousu ja lasku mato sukuelimiin, koska se vuotiaita., Rasva auttaa madon munia kypsymään, ja kun tämä lisätty rasva ei enää ollut hyödyllistä, rasvan muodostuminen hidastui, he löysivät. He näkivät myös kokkareita uuden proteiinin muodossa vanhemman madon kehossa, mikä viittaa siihen, että deuterium-merkitty SRS kuvantaminen voitaisiin käyttää seurata proteiinikertymiä, ja siten ikääntymiseen liittyvä sairaus.

– kehitysmaissa aivot vauva hiiret, he havaitsivat muodostumista kerros eristävää rasvaa, nimeltään myeliinituppi, kunkin solun ympärille., Katsellen prosessi reaaliajassa ehdotti tutkijoille että deuterium-merkintä SRS imaging voitaisiin kertoa, jos lapsen aivot kehittyy kunnolla, tai jos potilailla, jotka kärsivät multippeliskleroosi, tauti, joka hyökkää aivojen myeliinin ja häiritsee tiedonkulku, saattaa olla toipumassa.

– hiki rauhanen solujen hiirillä, he katselivat, kuinka uusi rasva muodostuu solujen reunoilla hikirauhaset, työntää vanhemmat solut sisäänpäin., Kun nuo vanhat solut vihdoin center rauhaset, he kuolivat ja karkotettiin prosessi luulin, kosteuttaa ihoa ja hiukset yläpuolella.

”kauneus tämä kartoitus menetelmä on sen yksinkertaisuus,” sanoo Eric Potma, kemian professori, University of California at Irvine, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. ”Se tuottaa eloisia kuvia metabolisesta toiminnasta kudoksissa näennäisesti vähäisellä vaivalla. SRS-mikroskoopin pienentyessä deuterium-leimattu SRS-kuvantaminen voi auttaa saamaan kasvaimia kiinni paljon varhaisemmissa vaiheissa.,”

Toimii aavistus, että elementin vety tuli raskaampi muoto, Harold Urey, sitten kemian professori Columbian, onnistui erottaa deuterium nestemäisestä vedystä vuonna 1931. Löytö toi hänelle Nobelin kemianpalkinnon kolme vuotta myöhemmin. Lisäksi toimii merkkiaineen massa spektroskopia, deuterium tänään käytetään seurata muutoksia valtameren liikkeeseen, tutkia muodostumista tähdet, ja moduloida kemiallisia reaktioita tekemään ydinvoimaa.
Tämä artikkeli on julkaistu uudelleen Columbian yliopiston toimittamista materiaaleista., Huomautus: aineistoa on voitu muokata pituuden ja sisällön osalta. Lisätietoja antaa mainittu lähde.
Viite
Lingyan Shi, Chaogu Zheng, Yihui Shen, Zhixing Chen, Edilson S. Silveira, Luyuan Zhang, Mian Wei, Chang Liu, Carmen de Sena-Tomas, Kimara Targoff, Wei Min. Eläinten metabolisen dynamiikan optinen kuvantaminen. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-05401-3.