narzędzia obrazowania, takie jak promienie rentgenowskie i MRI, zrewolucjonizowały medycynę, dając lekarzom zbliżenie mózgu i innych ważnych narządów w żywych, oddychających ludziach. Teraz naukowcy z Uniwersytetu Columbia donoszą o nowym sposobie powiększania w najmniejszych skalach, aby śledzić zmiany w poszczególnych komórkach.
opisane w najnowszym numerze Nature Communications narzędzie łączy szeroko stosowany znacznik chemiczny, D2O lub ciężką wodę, ze stosunkowo nową metodą obrazowania laserowego o nazwie stymulowane rozpraszanie Ramana (SRS)., Potencjalne zastosowania tej techniki obejmują pomoc chirurgom w szybkim i precyzyjnym usuwaniu guzów, pomoc w wykrywaniu urazów głowy oraz zaburzeń rozwojowych i metabolicznych.

„Śledząc, gdzie i kiedy powstają nowe białka, lipidy i cząsteczki DNA, możemy dowiedzieć się więcej o tym, jak zwierzęta się rozwijają i starzeją, a także co dzieje się źle w przypadku urazów i chorób.,”

przełom polega na wykorzystaniu ciężkiej wody jako znacznika chemicznego. Wytwarzana przez zamianę atomów wodoru wody na cięższe względne, deuterowe, ciężka woda wygląda i smakuje jak zwykła woda i w małych dawkach (nie więcej niż pięć łyżek stołowych dla ludzi) jest Bezpieczna do picia. Po metabolizowaniu przez komórki w organizmie ciężka woda jest włączana do nowo powstałych białek, lipidów i DNA, gdzie Deuter tworzy wiązania chemiczne z węglem.,

kiedy te wiązania węgiel-Deuter są uderzane światłem, wibrują z różną częstotliwością, naukowcy odkryli, dzięki czemu każda makrocząsteczka może być zidentyfikowana jako białko, lipid lub DNA. Na podstawie tych sygnatur częstotliwości mogą śledzić wzrost nowych białek, lipidów i DNA w mózgu zwierzęcia, skórze, jelitach i innych narządach.

chociaż ciężka woda jest już używana do oznaczania białek i lipidów w celu śledzenia zmian metabolicznych, analiza jest obecnie wykonywana na spektrometrze masowym, na komórkach wyekstrahowanych z organizmu., Ta metoda umożliwia teraz wizualizację subkomórkowych zmian w czasie rzeczywistym i przestrzeni. „Otrzymujemy ciągły obraz tego, co dzieje się wewnątrz żywych komórek zwierzęcych. Wcześniej mieliśmy tylko migawkę”, powiedział współautor badania, Lingyan Shi, badacz podoktorski w Kolumbii.

w badaniu naukowcy rozcieńczali zwykłą wodę D2O i podawali ją do picia robakom obłym, myszom i zarodkom danio pręgowanego. Celując laserem SRS w różne tkanki, obserwowali przez wiele godzin i dni, jak powstawały nowe białka, lipidy i DNA oznaczone deuterem.,

w jednym z eksperymentów obserwowali jasną linię wyłaniającą się wokół szybko rosnących guzów mózgu i jelita grubego u myszy. W miarę jak komórki nowotworowe dzieliły się, więcej deuteru zostało włączonych do nowo wytworzonych białek i lipidów. „Ta metoda tworzy ostrą linię między zdrową i nowotworową tkanką, co znacznie ułatwia usunięcie guza”, powiedział Shi.

eksperymenty oferowały również nowe spojrzenie na rozwój i starzenie się komórek.

– u nicieni obserwuje się wzrost i spadek produkcji tłuszczu w układzie rozrodczym robaka w miarę starzenia się., Tłuszcz pomaga jajom robaka dojrzewać, a gdy ten dodany tłuszcz nie był już przydatny, tworzenie tłuszczu spowolniło, stwierdzili. Widzieli również kępy nowej formy białka w ciele starszego robaka, co sugeruje, że obrazowanie SRS znakowane deuterem może być wykorzystane do śledzenia złogów białka, a tym samym choroby związane ze starzeniem się.

– w rozwijających się mózgach małych myszy zaobserwowano tworzenie się warstwy izolującego tłuszczu, zwanej osłoną mielinową, wokół każdej komórki., Obserwując proces w czasie rzeczywistym zasugerował badaczom, że obrazowanie SRS znakowane deuterem może być wykorzystane do stwierdzenia, czy mózg dziecka rozwija się prawidłowo, lub jeśli pacjenci cierpiący na stwardnienie rozsiane, chorobę, która atakuje mielinę mózgu i zakłóca przepływ informacji, może być odzyskiwanie.

– w komórkach gruczołów potowych myszy obserwowały powstawanie nowych lipidów w komórkach na zewnętrznych krawędziach gruczołów potowych, spychających starsze komórki do wewnątrz., Kiedy te stare komórki w końcu dotarły do centrum gruczołów, umarły i zostały wydalone w procesie uważanym za nawilżenie skóry i włosów powyżej.

„pięknem tej metody mapowania jest jej prostota” – mówi Eric Potma, profesor chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine, który nie brał udziału w badaniach. „Tworzy żywe obrazy aktywności metabolicznej w tkankach przy pozornie minimalnym wysiłku. W miarę jak mikroskop SRS jest coraz mniejszy, obrazowanie SRS znakowane deuterem może pomóc w wychwytywaniu guzów na znacznie wcześniejszych etapach.,”

działając na przeczucie, że pierwiastek Wodór przyszedł w cięższej formie, Harold Urey, ówczesny profesor chemii w Columbii, udało się oddzielenie deuteru od ciekłego wodoru w 1931 roku. Odkrycie to przyniosło mu trzy lata później nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Oprócz roli znacznika w spektroskopii masowej, Deuter jest obecnie używany do śledzenia zmian w cyrkulacji oceanicznej, badania powstawania gwiazd i modulacji reakcji chemicznych w wytwarzaniu energii jądrowej.
artykuł został opublikowany na podstawie materiałów dostarczonych przez Columbia University ., Uwaga: materiał mógł być edytowany pod względem długości i treści. W celu uzyskania dalszych informacji prosimy o kontakt z cytowanym źródłem.

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. Optyczne obrazowanie dynamiki metabolicznej u zwierząt. 10.1038 / s41467-018-05401-3.