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Il biosensore novello di nanopipette pH ha potuto aiutare con la diagnosi ed il trattamento del cancro

Nanopipettes con le membrane zwitterionic può offrire il video migliore dei cambiamenti nel pH le celle viventi circondanti che, che possono indicare i tratti delle celle di tumore invasivo e della loro risposta al trattamento, riferiscono i ricercatori all'università di Kanazawa nelle comunicazioni della natura.

Il biosensore novello di nanopipette pH ha potuto aiutare con la diagnosi ed il trattamento del cancro
L'operazione del nanoprobe a doppia canna per rappresentazione simultanea di SICM e la misura di pH. Cortesia delle comunicazioni della natura

“È radura diventante che un pH extracellulare acido svolge un ruolo essenziale nella progressione, nell'invasività e nella resistenza della cellula tumorale alla terapia,„ spiega Yuri Korchev e Yasufumi Takahashi all'istituto nano di scienze biologiche dell'università di Kanazawa e di Yanjun Zhang all'istituto universitario imperiale Londra ed ai colleghi alle istituzioni di collaborazione nel Regno Unito, in Cina, nel Giappone ed in Russia in un documento recente.

Malgrado il riconoscimento crescente di importanza del pH direttamente che circonda una cella come indicatore di salubrità delle cellule, le tecniche per misurarlo finora rimangono limitate in termini di loro sensibilità, la risoluzione che spaziale possono offrire e la velocità della risposta ai cambiamenti di pH. Riferendo nelle comunicazioni della natura, Zhang, Takahashi e Korchev ed i colleghi descrivono un biosensore di nanopipette pH che è sensibile ai cambiamenti nel pH di meno di 0,01 unità con un tempo di reazione di spettrografia di massa 2 e di risoluzione spaziale di 50 nanometro.

I ricercatori originalmente hanno progettato il sensore come transistor di effetto di campo ionico di nanopipette - dove i portoni gestiscono il flusso degli ioni nel nanopipette invece degli elettroni. Tuttavia, mentre questa ha affrontato le emissioni intorno alla sensibilità di pH ed alla risoluzione spaziale, le letture dell'unità ancora hanno richiesto alcuni secondi per rispondere ai cambiamenti di pH dovuto gli effetti ionici del blocco di coulomb che ostacolano la velocità di diffusione degli ioni.

La soluzione Zhang, Takahashi e Korchev e colleghi ora propone è di incorporare una membrana zwitterionic per permettere alle risposte più veloci. Utilizzando un nanopipette gemellato del barilotto con la membrana in appena una dei barilotti i ricercatori potevano usare l'altro barilotto come microscopio ionico di conduttanza di scansione (SICM) per le misure topologiche simultanee.

Il gruppo ha collaudato l'unità sulle cellule tumorali in tensione ed ha mostrato come l'unità potrebbe prendere sugli aumenti nel pH extracellulare dai fenotipi dilaganti delle celle di cancro al seno che erano state private di estrogeno. Potrebbero anche individuare i cambiamenti di pH dalle alghe esposte a luce solare, causata dall'assorbimento di carbonio inorganico nella fotosintesi come pure identificare le eterogeneità in celle aggressive del melanoma dalle mappe ad alta definizione di pH.

Evidenziando alla la mappatura dinamica controllata a feedback in tempo reale 3D del pH extracellulare che il loro strumento permette e le eterogeneità delle cellule tumorali che può individuare “contrassegno contrassegno ed a risoluzione sottocellulare„ concludono, “questo metodo potrebbero aiutare con la diagnosi del cancro, la prognosi ed in valutante le terapie mirate a acide del pHe [pH extracellulare].„

Sfondo

Limitazioni delle tecniche precedenti

Le sonde di pH più comunemente usate attualmente sono basate sui microelettrodi che sono abbastanza grandi rispetto al disgaggio delle fluttuazioni di pH di interesse negli studi su pH extracellulare. Le alternative sono state basate sui cambiamenti nella fluorescenza delle molecole, dell'imaging a risonanza magnetica nucleare e della tomografia computerizzata dell'emissione di positrone. Tuttavia, riflettere la fluorescenza è conforme a rumore di fondo e a photobleaching e le altre tecniche hanno risoluzione spaziale difficile e sollevano le difficoltà nella quantificazione perché sono basate sulla distribuzione delle sonde all'interno del tessuto.

Usando un nanopipette come transistor di effetto di campo ionico, i ricercatori potevano sormontare la maggior parte delle emissioni che limitano le tecniche precedenti. Comunque reciproco la stessa repulsione della tassa piombo al blocco di coulomb l'effetto, che comincia inibire la diffusione di positivamente - molecole di acqua protonated fatte pagare nel nanopipette ed in questo rallenta il tempo di reazione.

Membrana di Zwitterionic

Uno zwitterione è una molecola uncharged che contiene i gruppi funzionali opposingly fatti pagare. Per la membrana zwitterionic nel nanopipette i ricercatori auto-montano un idrogel dall'ossidasi (PLL) di glucosio e della poli-l-lisina (GOx), che presenta i vantaggi in termini di costo e stabilità. Il PLL ha positivamente - i gruppi quaternari fatti pagare dell'ammina e il GOx ha negativamente a - gruppo di residuo fatto pagare dell'acido carbossilico. La presenza di vapore della glutaraldeide può poi unire con legami atomici incrociati l'idrogel risultante di PLL/GOx.

Nel pH neutrale la membrana zwitterionic presenta positivamente che negativamente sia - i gruppi funzionali fatti pagare ma nelle circostanze a basso pH i gruppi positivi dell'ammina dominano in modo che gli anioni negativi si diffondano preferenziale tramite la membrana che evita un blocco ionico di coulomb.

Source:
Journal reference:

Zhang, Y., et al. (2019) High-resolution label-free 3D mapping of extracellular pH of single living cells. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-019-13535-1.