instrumente de imagistică precum razele X și RMN au revoluționat medicina oferind medicilor o vedere de aproape a creierului și a altor organe vitale în viața, respirația oamenilor. Acum, cercetătorii de la Universitatea Columbia raportează o nouă modalitate de a mări la cele mai mici scale pentru a urmări modificările din celulele individuale.
descris în ultimul număr al Nature Communications, instrumentul combină un trasor chimic utilizat pe scară largă, D2O sau apă grea, cu o metodă relativ nouă de imagistică laser numită împrăștiere Raman stimulată (SRS)., Aplicațiile potențiale ale tehnicii includ ajutarea chirurgilor să elimine rapid și precis tumorile, pentru a ajuta la detectarea leziunilor capului și a tulburărilor de dezvoltare și metabolice. „putem folosi această tehnologie pentru a vizualiza activitățile metabolice într-o gamă largă de animale”, a declarat autorul principal al studiului Wei Min, profesor de chimie la Universitatea Columbia. „Urmărind unde și când se produc noi proteine, lipide și molecule de ADN, putem afla mai multe despre modul în care animalele se dezvoltă și îmbătrânesc și ce nu merge bine în caz de rănire și boală.,descoperirea implică utilizarea apei grele ca trasor chimic. Făcută prin schimbarea atomilor de hidrogen ai apei cu ruda lor mai grea, deuteriu, apa grea arată și are gust de apă obișnuită și în doze mici (nu mai mult de cinci linguri pentru oameni) este sigură de băut. Odată metabolizată de celulele din organism, apa grea este încorporată în proteine, lipide și ADN nou făcute, unde deuteriul formează legături chimice cu carbonul.,când aceste legături carbon-deuteriu sunt lovite de lumină, ele vibrează la frecvențe diferite, au descoperit cercetătorii, permițând fiecărei macromolecule să fie identificate ca o proteină, lipidă sau ADN. Din aceste semnături de frecvență, ar putea urmări creșterea de noi proteine, lipide și ADN în creierul, pielea, intestinul și alte organe ale animalului.deși apa grea este deja utilizată pentru a eticheta proteinele și lipidele pentru a urmări modificările metabolice, analiza se face în prezent pe un spectrometru de masă, pe celulele extrase din organism., Această metodă face acum posibilă vizualizarea modificărilor subcelulare în timp real și spațiu. „Obținem o imagine continuă a ceea ce se întâmplă în interiorul celulelor animale vii. Anterior, am avut doar un instantaneu”, a declarat co-autorul studiului, Lingyan Shi, cercetător postdoctoral la Columbia.în cadrul studiului, cercetătorii au diluat apa obișnuită cu D2O și au dat-o viermilor rotunzi, șoarecilor și embrionilor de zebră pentru a bea. Urmărind laserul SRS către o varietate de țesuturi, ei au urmărit ore și zile cum s-au format noi proteine, lipide și ADN marcate cu deuteriu.,într-un experiment, au urmărit o linie strălucitoare apărând în jurul tumorilor cerebrale și de colon cu creștere rapidă la șoareci. Pe măsură ce celulele canceroase s-au divizat, mai mult deuteriu a fost încorporat în proteinele și lipidele lor nou formate. „Această metodă creează o linie ascuțită între țesutul sănătos și canceros, făcând mult mai ușor eliminarea tumorii”, a spus Shi.experimentele au oferit, de asemenea, noi perspective asupra dezvoltării celulare și îmbătrânirii.

– în viermii rotunzi, au urmărit creșterea producției de grăsime și căderea în sistemul reproductiv al viermelui pe măsură ce îmbătrânea., Grăsimea ajută ouăle viermelui să se maturizeze și, odată ce această grăsime adăugată nu mai era utilă, formarea grăsimilor a încetinit, au găsit. Ei au văzut, de asemenea, smocuri de nouă formă de proteine în corpul viermelui mai vechi, sugerând că imagistica SRS marcată cu deuteriu ar putea fi utilizată pentru a urmări depozitele de proteine și, astfel, boala legată de îmbătrânire.- în creierul în curs de dezvoltare al șoarecilor pentru copii, au observat formarea unui strat de grăsime izolatoare, numit teaca de mielină, în jurul fiecărei celule., Vizionarea procesului în timp real a sugerat cercetătorilor că imagistica SRS marcată cu deuteriu ar putea fi folosită pentru a spune dacă creierul unui copil se dezvoltă corect sau dacă pacienții care suferă de scleroză multiplă, o boală care atacă mielina creierului și perturbă fluxul de informații, ar putea fi recuperați. – în celulele glandelor sudoripare ale șoarecilor, au privit cum se formează noi lipide în celulele de la marginile exterioare ale glandelor sudoripare, împingând celulele mai vechi spre interior., Când acele celule vechi au ajuns în cele din urmă în centrul glandelor, au murit și au fost expulzate într-un proces gândit să hidrateze pielea și părul de deasupra.”frumusețea acestei metode de cartografiere este simplitatea ei”, spune Eric Potma, profesor de chimie la Universitatea California din Irvine, care nu a fost implicat în studiu. „Produce imagini vii ale activității metabolice în țesuturi cu un efort aparent minim. Pe măsură ce microscopul SRS continuă să se micșoreze, imagistica SRS marcată cu deuteriu poate ajuta la capturarea tumorilor în stadii mult mai timpurii.,acționând pe o bănuială că elementul hidrogen a venit într-o formă mai grea, Harold Urey, apoi profesor de chimie la Columbia, a reușit să separe deuteriul de hidrogenul lichid în 1931. Descoperirea ia câștigat un Premiu Nobel pentru chimie trei ani mai târziu. Pe lângă faptul că servește ca trasor în spectroscopia de masă, deuteriul este folosit astăzi pentru a urmări schimbările în circulația oceanelor, pentru a studia formarea stelelor și pentru a modula reacțiile chimice în producerea energiei nucleare.
acest articol a fost republicat din materiale furnizate de Universitatea Columbia., Notă: este posibil ca materialul să fi fost editat pentru lungime și conținut. Pentru informații suplimentare, vă rugăm să contactați sursa citată.
de Referință
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. Imagistica optică a dinamicii metabolice la animale. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-05401-3.