Los investigadores de Sandia National Laboratories han desarrollado una técnica de resolución de súper-microscopio que está respondiendo a las preguntas de larga data acerca de cómo y por qué las defensas de una célula no en contra de algunos invasores, como la peste, mientras que con éxito defendiéndose de otros como E. coli. El enfoque está revelando nunca antes vistas de detalle de la membrana celular, lo que podría abrir las puertas a nuevos instrumentos de diagnóstico, prevención y técnicas de tratamiento.
"Estamos tratando de hacer biología molecular con un microscopio, pero para hacer eso, tenemos que ser capaces de ver las cosas a escala molecular", dice Jesse Aaron, designado postdoctoral en los laboratorios de Sandia.
La membrana celular es un bullicioso centro de la actividad en una escala minúscula. Mientras que proporciona la estructura y la vivienda interior de la célula, la membrana regula el movimiento de materiales dentro y fuera de la célula, los controles de la adhesión a otros objetos y coordina las comunicaciones de la célula y las acciones subsiguientes a través de la señalización. Las proteínas receptoras en la superficie de las células inmunes, conocidas como receptores tipo toll (TLR), tienen la tarea de reconocer a los intrusos, o antígenos. El miembro de esta familia TLR4 receptor responde a ciertos tipos de bacterias mediante la detección de lipopolisacáridos (LPS) presentes en su superficie. TLR4 proteínas entonces alertar a las células y activan una respuesta inmune.
Mediante técnicas de imagen se han desarrollado, los investigadores de Sandia Aaron, Timlin Jeri y Carson Bryan descubierto que las proteínas de racimo TLR4 en la membrana cuando se enfrentan con LPS derivados de E. coli, lo que aumenta la señalización celular y la respuesta. Curiosamente, LPS derivado de la bacteria que causa la peste, la Yersinia pestis, no causan los mismos efectos. Esto podría explicar por qué algunos patógenos son capaces de frustrar el sistema inmunológico humano.
Los estudios de la plaga fue la primera vez como pequeños eventos han sido fotografiados y comparados, los investigadores de Sandia, dijo. Anteriormente, hasta los microscopios ópticos más sofisticados no la imagen de la superficie celular con suficiente resolución espacial para ver los primeros eventos de unión, debido a la barrera de la difracción, lo que limita lo que pueden ser resueltos con la luz visible.
"Con los métodos de visualización más tradicional, no se puede ver el nivel de detalle que necesite. Es importante tener en cuenta no sólo lo que está presente, sino también cuándo y dónde está presente en la célula", dijo Timlin.
La técnica utilizada por Timlin y Aarón se basa en las capacidades de superresolución desarrollado en los últimos años, sino que va un paso más mediante la adición de capacidades de dos colores a la relativamente nueva microscopía óptica de la reconstrucción estocástico, o una tormenta. La combinación permite que el equipo de Sandia para obtener una imagen más completa de imágenes de forma simultánea por el LPS y los receptores TLR4 en la membrana.
"Las actuales capacidades de microscopía de luz son similares a mirar por la ventana de un avión y ver a los círculos de riego. Usted sabe que las plantas están ahí, pero no se puede saber qué tipo de plantas se encuentren o la forma de las hojas son", dijo Carson , un inmunólogo de Sandia, que era una parte integral del proyecto. "Pero con esta tecnología, es como hacer zoom y ver las hojas y la estructura de las plantas. Que usted compra un lote en términos de entender lo que está sucediendo dentro de una celda y, específicamente, cómo interactúan las proteínas involucradas."