Гледање на биомолекули додека танцувате Новиот метод ги отсликува метаболичките процеси - богати со контраст и
MiROM микроскопска слика на живи адипоцити (1мм х 1мм): липиди (црвена), протеини (зелена) и јаглехидрати (сина). @Helmholtz Zentrum München/Miguel A. Pleitez
Метаболните болести како што се дијабетес и дебелина се зголемуваат ширум светот, бидејќи не само генетската предиспозиција, туку и начинот на живот имаат големо влијание врз нивното ширење. За да може да се процени како промената на диетата или навиките за вежбање влијаат на болестите и клеточниот метаболизам врз кои се засноваат, потребни се прецизни методи на следење.
Научниците од Институтот за биолошко и медицинско снимање при Хелмхолц Зентрум Минхен и Чаир за биолошко снимање при Транс ТранслалаТУМ развија неверојатна технологија за оваа намена. Одлучувачката предност на овој метод е што биомолекулите во живите клетки се сликаат во реално време со висок контраст и без додавање на маркери и контрастни медиуми. Овој систем за сликање е оценет во соработка со Институтот за дијабетес и карцином при Центарот Хелмхолц во Минхен и Универзитетската болница во Хајделберг.
Светлината и ултразвукот создаваат слики на биомолекули во клетките и ткивата
„Средно-инфрацрвена оптоакустична микроскопија“ или скратено MiROM, генерира „специфични за отпечатоци“ молекуларни вибрации со возбудување на молекулите со ласерско светло во средно-инфрацрвениот опсег. Селективната апсорпција на одредени бранови должини од различни молекули доведува до термоеластична експанзија - ситни волуметриски експанзии на молекулите што генерираат ултразвучни бранови. Овие бранови се снимаат и обработуваат на таков начин што дистрибуцијата на соодветните молекули може да биде претставена графички.
Одлучувачка предност на овој нов метод во споредба со претходните техники е тоа што не е ограничена на суви, фиксни примероци, туку може да се користи на живи клетки: MiROM обезбедува неважни, прецизни претстави на метаболити бидејќи акустичните бранови не се толку силни како фотоните од ткивото и Водата може да се апсорбира. „MiROM нуди чекор напред во микроскопијата: Во конвенционалната IR спектроскопија во средна инфрацрвена зона, поголема концентрација на биомолекула доведува до поголема загуба на сигнал. MiROM, од друга страна, го претвора ова во позитивен модалитет на контраст, со поголема концентрација што обезбедува посилни сигнали. Новата технологија овозможува снимање на биомолекули без обележувачи, што е далеку почувствително од методите на Раман “, објаснува проф. Василис Нтзиахристос, директор на Институтот за биолошко и медицинско снимање и Чаир за биолошко сликање.
Внимавајте на интеракциите во реално време
„MiROM обезбедува нови сознанија за однесувањето на под-популациите на клетките со текот на времето. Покрај тоа, можеме да го користиме за да откриеме не само липиди, туку и јаглехидрати и протеини во реално време “, вели Мигел Плеитез, раководител на развој на системот. Приказот на метаболити без обележувачи овозможува да се испитаат молекуларните процеси на сосема нови начини, на пример, во складирање и ослободување на маснотии при распаѓање на бели и кафеави масни клетки, позната како липолиза. Покрај тоа, може да се испита широк спектар на други метаболички процеси и интеракции на различни биомолекули.
Дијабетес, дебелина или промени во животниот стил, вклучувајќи диета и вежбање, влијаат на метаболичките процеси. Наб Theудувањето на многу од овие процеси, сепак, бараше употреба на маркери и контрастни средства, чие воведување е сложено и што може да ја наруши испитаната биолошка функција. Оваа нова технологија може да направи револуција во истражувањето на клеточниот метаболизам: „MiROM нуди уникатно, без маркер набerудување на метаболичките процеси во живите клетки во реално време, со што ефектите од различните диети може динамично да се испитаат на клеточно ниво или да се процени ефикасноста на новите класи на лекови“, вели Плеитез. Со цел да се добие уште подетален увид во широк спектар на болести како што е ракот, тимот во моментов работи на понатамошно зголемување на брзината, резолуцијата и чувствителноста на MiROM.
Првите апликации во лабораторискиот микроскоп покажаа прецизни метаболички процеси во клетките и отстранетото ткиво. „На долг рок, ние сакаме да ја адаптираме технологијата така што таа овозможува мерење на луѓето. Ние сакаме директно да ги набудуваме и анализираме системските процеси во врска со промените во животниот стил, со цел да го искористиме ова знаење за да ги оптимизираме стратегиите за превенција на болести “, објаснува Нтцијахристос.
Истражувањето што доведе до овие резултати беше финансирано од Германската фондација за истражување (ДФГ, Готфрид Вилхелм Лајбниз награда 2013; НТ 3/10-1) и Европскиот совет за истражување (РКЕ) во рамките на програмата за истражување и иновации на Хоризонт 2020 на Европската унија, како дел од договорот за финансирање Не е поддржано 694968 (ПРЕМСОТ).
Оригинална публикација:
M. A. Pleitez et al., 2019: Метаболичко сликање без ознаки со средна инфрацрвена оптоакустична микроскопија во живи клетки. Биотехнологија на природата, ДОИ: 10.1038/s41587-019-0359-9.
Како германски истражувачки центар за здравје и животна средина, Хелмхолц Зентрум Минхен има за цел развој на персонализирана медицина за дијагностицирање, терапија и превенција на распространети болести како што се дијабетес мелитус, алергии и белодробни заболувања. За да го направите ова, ја испитува интеракцијата помеѓу генетиката, факторите на животната средина и начинот на живот. Седиштето на центарот е во Нојхерберг на северот од Минхен. Хелмхолц Зентрум Минхен вработува околу 2.500 лица и е член на Здружението Хелмхолц, на кое припаѓаат 19 научно-технички и медицинско-биолошки истражувачки центри со околу 37.000 вработени.
Институтот за биолошко и медицинско снимање (IBMI) истражува in vivo технологии за слики за животните науки. Развива системи, теории и методи за слики и реконструкција на слики, како и животински модели за тестирање на нови технологии на биолошко, претклиничко и клиничко ниво. Целта е да се обезбедат иновативни алатки за биомедицинска лабораторија, за дијагностицирање и следење на терапија на човечки болести.