Ερευνητές στο Sandia National Laboratories έχουν αναπτύξει μια υπερ-ανάλυση τεχνική μικροσκοπίου που απαντά σε μακροχρόνια ερωτήσεις σχετικά με το πώς ακριβώς και γιατί άμυνες ενός κυττάρου αποτύχει κατά κάποιο εισβολείς, όπως η πανώλη, ενώ την επιτυχή υπεράσπιση από τους άλλους, όπως E.coli. Η προσέγγιση είναι αποκαλυπτική ποτέ-πριν δει λεπτομέρειες της κυτταρικής μεμβράνης, η οποία θα μπορούσε να ανοίξει τις πόρτες σε νέες διάγνωσης, πρόληψης και θεραπευτικές τεχνικές.
«Προσπαθούμε να κάνουμε μοριακή βιολογία με ένα μικροσκόπιο, αλλά για να γίνει αυτό, πρέπει να είμαστε σε θέση να δούμε τα πράγματα σε μοριακό επίπεδο», λέει ο Jesse Ααρών, μεταδιδακτορικός διορισθείς στο Sandia Labs.
Η κυτταρική μεμβράνη είναι ένα πολύβουο κέντρο της δραστηριότητας σε μια μικροσκοπική κλίμακα. Αν και παρέχουν τη δομή και τη στέγαση εσωτερικό του κυττάρου, η μεμβράνη ρυθμίζει την κυκλοφορία των υλικών μέσα και έξω από το κύτταρο, ελέγχει πρόσφυση σε άλλα αντικείμενα και συντεταγμένες επικοινωνίας των κυττάρων και τις επακόλουθες ενέργειες μέσω της σηματοδότησης. Οι πρωτεΐνες του υποδοχέα στην επιφάνεια των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος, γνωστές ως ιδιότυπους υποδοχείς (TLRs), επιφορτισμένη με την αναγνώριση εισβολείς, ή αντιγόνα. Η TLR4 μέλος αυτής της οικογένειας των υποδοχέων ανταποκρίνεται σε ορισμένους τύπους βακτηρίων με την ανίχνευση λιποπολυσακχαρίτες (LPS) που υπάρχει στην επιφάνειά τους. TLR4 πρωτεΐνες ειδοποίηση τότε το κύτταρο και να ενεργοποιήσετε την ανοσολογική απόκριση.
Χρησιμοποιώντας τεχνικές απεικόνισης που αναπτύχθηκε, Sandia ερευνητές Aaron, Jeri Timlin και Bryan Carson ανακάλυψαν ότι TLR4 σύμπλεγμα πρωτεϊνών στη μεμβράνη όταν έρχονται αντιμέτωποι με LPS προέρχεται από E.coli, που αυξάνει την κυτταρική σηματοδότηση και την αντίδραση. Είναι ενδιαφέρον, το LPS που προέρχεται από τα βακτήρια που προκαλούν πανώλης, Yersinia pestis, δεν προκαλούν τα ίδια αποτελέσματα. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί ορισμένα παθογόνα είναι σε θέση να ανατρέψουν το ανθρώπινο ανοσοποιητικό σύστημα.
Οι μελέτες πανούκλα σηματοδότησε την πρώτη φορά που αυτά τα μικρά γεγονότα έχουν είδωλό και σύγκριση, οι ερευνητές Sandia είπε. Προηγουμένως, ακόμα και τα πιο εξελιγμένα οπτικά μικροσκόπια δεν θα μπορούσε εικόνα στην επιφάνεια των κυττάρων με αρκετή χωρική ανάλυση για να δείτε το νωρίτερο δεσμευτικές εκδηλώσεις, λόγω του φράγματος περίθλασης, το οποίο περιορίζει το τι μπορεί να επιλυθεί χρησιμοποιώντας το ορατό φως.
«Με περισσότερες παραδοσιακές μεθόδους απεικόνισης, δεν μπορείτε να δείτε το επίπεδο λεπτομέρειας που χρειάζεστε. Είναι σημαντικό να εξετάσουμε όχι μόνο τι είναι σήμερα, αλλά και όταν και όπου είναι παρόντες στο κύτταρο," Timlin είπε.
Η τεχνική που χρησιμοποιείται από Timlin και Aaron βασίζεται στις δυνατότητες superresolution αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια, αλλά προχωρά ένα ακόμη βήμα με την προσθήκη διπλής χρώμα δυνατότητες για το σχετικά νέο στοχαστική οπτική μικροσκοπία ανασυγκρότηση, ή καταιγίδα. Ο συνδυασμός επιτρέπει στην ομάδα του Sandia για να πάρετε μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα με την ταυτόχρονη LPS απεικόνισης και TLR4 υποδοχέων στη μεμβράνη.
"Οι τρέχουσες δυνατότητες μικροσκόπιο φως είναι σαν να ψάχνει έξω από το παράθυρο του αεροπλάνου και να δει τους κύκλους άρδευσης. Γνωρίζετε ότι τα φυτά είναι εκεί, αλλά δεν μπορείτε να πείτε τι είδους φυτά είναι ή τι σχήμα είναι τα φύλλα», είπε ο Κάρσον , ένας ανοσολόγος Sandia ο οποίος ήταν αναπόσπαστο μέρος του έργου. «Αλλά με αυτή την τεχνολογία, είναι σαν να κάνετε ζουμ μέσα και να δει τα φύλλα και τη δομή των φυτών. Αυτός αγοράζει πολύ από την άποψη της κατανόησης του τι συμβαίνει μέσα σε ένα κελί και συγκεκριμένα πώς οι πρωτεΐνες που εμπλέκονται αλληλεπιδρούν."