Globuli rossi umani, in cui le proteine di membrana sono mirate ed etichettate con punti quantici, rivelano il comportamento di clustering delle proteine. Il numero di caratteristiche viola, che indicano i nuclei dei parassiti della malaria, aumenta con il progredire dello sviluppo della malaria. Il logo NIST in basso è stato realizzato con una tecnica di fotolitografia su una sottile pellicola di punti quantici, sfruttando la proprietà che i punti raggruppati mostrano una maggiore fotoluminescenza. (Barre bianche:1 micrometro; rosso:10 micrometro.) Credito:NIST
Se stai osservando i complessi processi in una cellula vivente, è facile perdere qualcosa di importante, soprattutto se si osservano cambiamenti che richiedono molto tempo per svilupparsi e richiedono immagini ad alta risoluzione spaziale. Ma una nuova ricerca consente di esaminare le attività che si verificano per ore o addirittura giorni all'interno delle cellule, potenzialmente risolvendo molti dei misteri associati agli eventi su scala molecolare che si verificano in questi minuscoli esseri viventi.
Un gruppo di ricerca congiunto, lavorando presso l'Istituto nazionale di standard e tecnologia e l'Istituto nazionale di allergie e malattie infettive (NIAID), ha scoperto un metodo per utilizzare le nanoparticelle per illuminare l'interno cellulare e rivelare questi processi lenti. Nanoparticelle, migliaia di volte più piccolo di una cella, avere una varietà di applicazioni. Un tipo di nanoparticella chiamato punto quantico si illumina quando esposto alla luce. Queste particelle semiconduttori possono essere rivestite con materiali organici, che sono adattati per essere attratti da proteine specifiche all'interno della parte di una cellula che uno scienziato desidera esaminare.
"I punti quantici durano più a lungo di molti coloranti organici e proteine fluorescenti che in precedenza usavamo per illuminare l'interno delle cellule, "dice il biofisico Jeeseong Hwang, che ha guidato la squadra dalla parte del NIST. "Hanno anche il vantaggio di monitorare i cambiamenti nei processi cellulari mentre la maggior parte delle tecniche ad alta risoluzione come la microscopia elettronica forniscono solo immagini di processi cellulari congelati in un momento. Usando i punti quantici, ora possiamo chiarire i processi cellulari che coinvolgono i movimenti dinamici delle proteine".
Per il loro recente studio, il team si è concentrato principalmente sulla caratterizzazione delle proprietà dei punti quantici, confrontandole con altre tecniche di imaging. In un esempio, hanno impiegato punti quantici progettati per colpire un tipo specifico di proteina dei globuli rossi umani che fa parte di una struttura di rete nella membrana interna della cellula. Quando queste proteine si raggruppano in una cellula sana, la rete fornisce flessibilità meccanica alla cellula in modo che possa spremere attraverso capillari stretti e altri spazi ristretti. Ma quando la cellula viene infettata dal parassita della malaria, la struttura della proteina di rete cambia.
"Poiché il meccanismo di clustering non è ben compreso, abbiamo deciso di esaminarlo con i puntini, "dice il biofisico NIAID Fuyuki Tokumasu. "Abbiamo pensato che se potessimo sviluppare una tecnica per visualizzare il clustering, potremmo imparare qualcosa sull'andamento di un'infezione da malaria, che ha diverse fasi di sviluppo distinte."
Gli sforzi del team hanno rivelato che quando le proteine di membrana si accumulano, i punti quantici attaccati ad essi sono indotti a raggrupparsi e brillare più intensamente, permettendo agli scienziati di osservare il progredire del raggruppamento delle proteine. Più in generale, il team ha scoperto che quando i punti quantici si attaccano ad altri nanomateriali, le proprietà ottiche dei punti cambiano in modo unico in ogni caso. Hanno anche trovato prove che le proprietà ottiche dei punti quantici vengono alterate quando l'ambiente su scala nanometrica cambia, offrendo una maggiore possibilità di utilizzare punti quantici per rilevare l'ambiente biochimico locale all'interno delle cellule.
"Rimangono alcune preoccupazioni sulla tossicità e altre proprietà, "Hwang dice, "ma del tutto, i nostri risultati indicano che i punti quantici potrebbero essere uno strumento prezioso per studiare i processi cellulari dinamici".
Maggiori informazioni: H. Kang, F. Tokumasu, M. Clarke, Z. Zhou, J. Tang, T. Nguyen e J. Hwang. Sondaggio delle proprietà di fluorescenza dinamica di punti quantici singoli e raggruppati verso l'imaging biomedico quantitativo delle cellule. WIREs Nanomedicina e Nanobiotecnologia . Visualizzazione anticipata online su wires.wiley.com/WileyCDA/Wires … .html?pageType=early .
Fonte:National Institute of Standards and Technology (notizie:web)
