Configurazione sperimentale (a) Schema delle transizioni osservate in presenza di 0,2 M NaCl. I GUV adsorbiti non sono sempre passati agli SLB, ed è su queste strutture che i domini potrebbero essere manipolati. b Immagini di fluorescenza di GUV adsorbite che passano in SLB. Come previsto, l'area racchiusa dal perimetro di fluorescenza (rosso) è aumentata, e l'intensità media di fluorescenza per unità di area è diminuita al momento della deposizione di SLB. c Immagine di fluorescenza e schema del dominio Lo/Ld su una GUV adsorbita, con il laser (rosso) che intrappola l'interfaccia del dominio. I domini sono stati manipolati con potenze laser di 0,23 W (in trappola). Tutte le barre della scala = 10 µm. Credito: Chimica delle comunicazioni (2019). DOI:10.1038/s42004-018-0101-4
Per la prima volta, gli scienziati hanno utilizzato i raggi di luce per manipolare le zattere lipidiche nelle membrane cellulari artificiali.
Le zattere lipidiche sono domini, o aree, di proteine e lipidi (grassi) che galleggiano liberamente nelle membrane cellulari, lo strato proteico e lipidico che circonda una cellula.
Queste strutture, che galleggiano nelle membrane come iceberg, svolgono ruoli importanti ma misteriosi nella segnalazione cellulare che non sono ancora completamente spiegati.
Tuttavia fino ad ora, la nostra capacità di studiarli è stata limitata, soprattutto perché non siamo stati in grado di spostarli o manipolarli.
Una nuova ricerca dell'Imperial College di Londra ha ora dimostrato che le pinzette ottiche, la tecnologia basata sul laser che ha vinto il Premio Nobel per la Fisica nel 2018, può muoversi, sciolto, disperdere, e cristallizzare zattere lipidiche artificiali quando vengono irradiate su membrane cellulari artificiali. Queste zattere artificiali sono state create per imitare le zattere lipidiche nelle membrane cellulari biologiche.
Gli autori affermano che le loro scoperte potrebbero aiutare a migliorare la nostra comprensione del ruolo delle zattere lipidiche in processi biologici chiave come la comunicazione e il loro legame con la malattia.
L'autore principale Dr Yuval Elani, del Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"Queste pinzette leggere hanno illuminato un nuovo percorso di ricerca. Ora abbiamo il potere di manipolare le zattere lipidiche, possiamo scoprire molto di più."
La ricerca è pubblicata su Nature Chimica delle comunicazioni .
Illuminare la strada
Per realizzare lo studio, i ricercatori hanno creato membrane cellulari artificiali contenenti zattere lipidiche su vetrini. Al microscopio, puntavano laser a pinzette ottiche sulle membrane.
Quando hanno acceso il laser e spostato il raggio, trovarono le zattere lipidiche mosse con loro:
Hanno anche focalizzato il calore del laser direttamente sulle zattere per fonderle, che li ha fatti disperdere in pezzi più piccoli. Quindi, hanno spento il laser per scoprire che i pezzi sparsi si sono riuniti di nuovo in una forma simile a un cristallo:
Il dottor Elani ha dichiarato:"Abbiamo modificato la potenza del laser per fornire diversi livelli di calore del sistema, e potrebbe fondere domini che avevano una temperatura di fusione diversa a causa della loro diversa composizione lipidica. Questo è un modo semplice e veloce per determinare la temperatura di fusione dei domini".
Il dottor Elani ha aggiunto:"Le pinzette ottiche sono state precedentemente utilizzate per studiare una serie di processi cellulari:dal ripiegamento delle proteine, all'azione dei ribosomi e alla manipolazione di intere cellule. Le nostre tecnologie aprono la strada a una profonda comprensione della biofisica sottostante delle zattere e dei domini lipidici, e del loro significato biologico."
Co-autore Professor Oscar Ces, anche dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"Nel 2018 Arthur Ashkin ha vinto il Premio Nobel per la fisica per l'utilizzo di pinzette ottiche per afferrare le particelle, atomi, molecole, e le cellule viventi con le loro "dita" del raggio laser. Ora abbiamo scoperto ancora più funzioni di questi affascinanti fasci di luce".
Gli autori affermano che avranno bisogno di sviluppare nuovo hardware per ottenere informazioni più approfondite su come le zattere lipidiche influenzino le malattie, ma prima, applicheranno la tecnica alle membrane biologiche, quelle che non sono create dall'uomo.
Sperano che la loro prossima fase di ricerca migliorerà ulteriormente la nostra comprensione di queste misteriose zattere lipidiche.
"Manipolazione diretta dei domini di membrana lipidica ordinati liquidi mediante trappole ottiche" di Mark S. Friddin, Guido Bolognesi, Ali Salehi-Reyhani, Oscar Ces, &Yuval Elani. Pubblicato il 29 gennaio 2019 in Natura Chimica delle comunicazioni .
