Nieuwe methode kunnen faciliteren op maat moleculaire geneeskunde
Apoptose, geprogrammeerde celdood, is essentieel voor normale ontwikkeling, gezonde werking van het immuunsysteem, en preventie van kanker. Het proces verandert drastisch celstructuren, maar de beperkingen van conventionele microscopie methoden hebben veel gehouden over dit structurele reorganisatie een mysterie.
Nu, in het onderzoek op de cover van de huidige uitgave van Proceedings van de National Academy of Sciences, Universiteit van Buffalo hebben wetenschappers ontwikkelden een biophotonic imaging benadering in staat om de controle in real-time de transformaties die cellulaire macromoleculen ondergaan tijdens geprogrammeerde celdood.
Het werk zou kunnen helpen realiseren van het potentieel van op maat gemaakte moleculaire geneeskunde, waarin de chemotherapie, bijvoorbeeld, kan precies worden gericht op cellulaire veranderingen tentoongesteld door individuele patiënten. Het kan ook een waardevol hulpmiddel ontwikkeling van geneesmiddelen voor het screenen van nieuwe verbindingen.
"Deze nieuwe mogelijkheid biedt ons een dynamische kaart brengen van de transformaties die zich in de cel op moleculair niveau," zegt co-auteur Paras N. Prasad, PhD, directeur van de UB Instituut voor Lasers, fotonica en Biofotonica (ILPB) en SUNY Distinguished Professor in de departementen Scheikunde, Natuurkunde, Elektrotechniek en Geneeskunde. "Het biedt ons een zeer duidelijk visueel beeld van de dynamiek van eiwitten, DNA, RNA en lipiden tijdens desintegratie van de cel."
Prasad merkt op dat de moleculaire geneeskunde, in welke behandelingen of preventieve maatregelen kunnen worden afgestemd op de cellulaire eigenschappen vertoond door individuele patiënten, hangt af van veel betere methoden te visualiseren wat er gebeurt tijdens kritieke cellulaire processen.
"Dit onderzoek helpt bij het verbeteren ons begrip van de cellulaire gebeurtenissen op moleculair niveau," zegt hij. "Als we weten dat specifieke moleculaire veranderingen een spoedige ondertekening van een ziekte vormen, of wat wijzigingen kunnen een patiënt vatbaar maken voor die ziekte, dan kunnen we stappen ondernemen om gericht behandeling of zelfs voorkomen dat de ziekte uit ontwikkelingslanden in de eerste plaats."
Om de cellulaire beelden, de interdisciplinaire UB team van biologen, chemici en natuurkundigen, onder leiding van Prasad, gebruikt een geavanceerde biofotonische benadering die drie technieken gecombineerd vast te leggen: een niet-lineaire, optische beeldvorming systeem (CARS of Coherent Anti-Stokes Raman scattering), TPEF ( twee-foton fluorescentie opgewonden), die beelden levend weefsel en cellen bij diepe penetratie en fluorescentie herstel na Photobleaching om de dynamiek van eiwitten te meten.
"Voor de eerste keer, deze benadering stelt ons in staat om toezicht te houden in een enkele scan, vier verschillende soorten afbeeldingen, het karakteriseren van de verdeling van eiwitten, DNA, RNA en lipiden in de cel", zegt Alexander V. Kachynski, PhD, research associate professor bij de ILPB en co-auteur.
De resulterende samengestelde afbeelding integreert in een beeld de informatie over alle vier types van biomoleculen, met elk type molecuul vertegenwoordigd door een andere kleur: eiwitten in het rood, RNA in het groen, DNA in het blauw en lipiden in grijs, zoals afgebeeld op de PNAS deksel .