Képalkotó eszközök, mint a röntgen, MRI forradalmasították a gyógyszert, azáltal, hogy az orvosok egy közeli nézet az agy más létfontosságú szervek élő, lélegző ember. Most, a Columbia Egyetem kutatói új módszert jelentenek a legkisebb skálák nagyítására az egyes sejtekben bekövetkező változások nyomon követésére.
A Nature Communications legújabb számában leírtak szerint az eszköz egy széles körben használt kémiai nyomjelzőt, D2O-t vagy nehéz vizet kombinál egy viszonylag új lézeres képalkotó módszerrel, az úgynevezett stimulált Raman szórással (SRS)., A technika lehetséges alkalmazásai közé tartozik a sebészek gyors és pontos eltávolítása a daganatokról, a fejsérülések, valamint a fejlődési és anyagcserezavarok felismerésének elősegítése.

“ezt a technológiát felhasználhatjuk az állatok széles körében végzett anyagcsere-tevékenységek megjelenítésére” – mondta a tanulmány vezető szerzője, Wei Min, a Columbia Egyetem kémia professzora. “Ha nyomon követjük, hogy hol és mikor készülnek új fehérjék, lipidek és DNS-molekulák, többet megtudhatunk arról, hogyan fejlődnek és öregednek az állatok, és mi történik rosszul sérülés és betegség esetén.,”

az áttörés magában foglalja a nehézvíz kémiai nyomjelzőként történő használatát. A víz hidrogénatomjait nehezebb rokonukkal, a deutériummal, a nehézvízzel helyettesítve úgy néz ki és olyan íze van, mint a normál víznek, és kis adagokban (legfeljebb öt evőkanál ember számára) biztonságosan inni. Miután a szervezetben a sejtek metabolizálódnak, a nehézvíz beépül az újonnan előállított fehérjékbe, lipidekbe és DNS-be, ahol a deutérium kémiai kötéseket képez szénnel.,

amikor ezeket a szén-deutérium kötéseket fény éri, különböző frekvenciákon rezegnek, a kutatók felfedezték, lehetővé téve, hogy minden makromolekulát fehérjeként, lipidként vagy DNS-ként azonosítsanak. Ezekből a frekvenciaaláírásokból nyomon követhették az új fehérjék, lipidek és DNS növekedését az állat agyában, bőrében, bélében és más szervekben.

bár a nehézvizet már használják fehérjék és lipidek címkézésére az anyagcsere-változások nyomon követésére, az elemzést jelenleg tömegspektrométeren végzik, a szervezetből kivont sejteken., Ez a módszer lehetővé teszi a szubcelluláris változások valós időben és térben történő megjelenítését. “Folyamatos képet kapunk arról, hogy mi történik az élő állati sejtekben. Korábban csak pillanatképünk volt” – mondta a tanulmány társszerzője, Lingyan Shi, a Columbia posztdoktori kutatója.

a vizsgálatban a kutatók D2O-val hígították a rendszeres vizet, és kerekférgeknek, egereknek és zebrafish embrióknak adták inni. Az SRS lézert különböző szövetekre irányítva órákon és napokon át figyelték, ahogy új deutériummal jelölt fehérjék, lipidek és DNS épül fel.,

egy kísérletben megfigyelték, hogy az egerek gyorsan növekvő agy-és vastagbéldaganatai körül fényes vonal alakul ki. Ahogy a rákos sejtek osztódtak, egyre több deutériumot építettek be újonnan előállított fehérjéikbe és lipidjeikbe. “Ez a módszer éles vonalat teremt az egészséges és a rákos szövetek között, így sokkal könnyebb eltávolítani a daganatot” – mondta Shi.

a kísérletek új betekintést nyújtottak a sejtek fejlődésébe és öregedésébe.

– a kerekféregben figyelték a zsírtermelés növekedését és csökkenését a féreg reproduktív rendszerében, ahogy öregszik., A zsír segíti a féreg petesejtjeinek érését, és miután ez a hozzáadott zsír már nem volt hasznos, a zsírképződés lelassult, találtak. Az idősebb féreg testében új fehérjeformák csomóit is látták, ami arra utal, hogy a deutériummal jelölt SRS képalkotás felhasználható a fehérje lerakódások nyomon követésére, így az öregedéssel kapcsolatos betegség.

– a baba egerek fejlődő agyában megfigyelték egy szigetelő zsírréteg kialakulását, amelyet mielinhüvelynek neveznek, minden sejt körül., Nézem a folyamat valós időben azt javasolta, hogy a kutatók, hogy a deutérium-jelölt SRS képalkotó lehetne használni, hogy mondja meg, ha egy gyermek agya fejlődik megfelelően, vagy ha a beteg szenved sclerosis multiplex, egy betegség, amely megtámadja az agy mielin pedig megzavarja az információ áramlását, lehet, hogy gyógyul.

– Az egerek verejtékmirigy sejtjeiben új lipideket figyeltek meg a verejtékmirigyek külső szélén lévő sejtekben, az idősebb sejteket befelé tolva., Amikor a régi sejtek végül elérték a mirigyek közepét, elpusztultak,és egy olyan folyamat során kiutasították őket, amely a bőr és a haj felett hidratál.

“ennek a feltérképezési módszernek a szépsége az egyszerűsége” – mondja Eric Potma, az Irvine-i Kaliforniai Egyetem kémiai professzora, aki nem vett részt a tanulmányban. “Élénk képeket készít a metabolikus aktivitásról a szövetekben, látszólag minimális erőfeszítéssel. Mivel az SRS mikroszkóp továbbra is kisebb lesz, a deutériummal jelölt SRS képalkotás segíthet a daganatok sokkal korábbi szakaszokban történő elkapásában.,”

úgy vélte, hogy az elem hidrogén jött egy nehezebb formában, Harold Urey, majd a kémia professzora Columbia, sikerült elválasztani deutérium folyékony hidrogén 1931-ben. A felfedezés három évvel később kémiai Nobel-díjat nyert neki. Amellett, hogy nyomjelzőként szolgál a tömegspektroszkópiában, a deutériumot ma használják az óceáni keringés változásainak nyomon követésére, a csillagok képződésének tanulmányozására, valamint a kémiai reakciók modulálására az atomenergia előállítása során.
ezt a cikket a Columbia Egyetem által biztosított anyagokból tették közzé., Megjegyzés: lehet, hogy az anyagot hosszra és tartalomra szerkesztették. További információkért kérjük, forduljon az idézett forráshoz.
Reference
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. Az állatok metabolikus dinamikájának optikai képalkotása. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038 / s41467-018-05401-3.