(Phys.org) —Utilizzando la tecnologia nanodot, I ricercatori del Berkeley Lab hanno dimostrato la prima forma di cromatografia basata sulle dimensioni che può essere utilizzata per studiare le membrane delle cellule viventi. Questo approccio fisico unico per sondare le strutture della membrana cellulare può rivelare informazioni critiche sul fatto che una cellula viva o muoia, rimane normale o diventa canceroso, che non può essere ottenuto attraverso la microscopia convenzionale.

"Abbiamo sviluppato piattaforme di array di nanopunti incorporati nella membrana che forniscono un mezzo fisico sia per sondare che per manipolare gli assemblaggi di membrane, compresi i cluster di segnalazione, mentre funzionano nella membrana di una cellula vivente, "dice Jay Groves, un chimico con la divisione di bioscienze fisiche del Berkeley Lab, che ha condotto questa ricerca.

boschetti, che è anche professore presso il Dipartimento di Chimica dell'Università della California (UC) Berkeley, e un investigatore dell'Howard Hughes Medical Institute (HHMI), è un leader riconosciuto nello sviluppo di tecniche per lo studio dell'impatto dei modelli spaziali sulle cellule viventi. Le membrane sintetiche supportate da cellule vive che lui e il suo gruppo hanno sviluppato sono costruite con lipidi e assemblate su un substrato di silice solida. Queste membrane vengono utilizzate per determinare come le cellule viventi interagiscono non solo con il loro ambiente attraverso segnali chimici, ma anche attraverso la forza fisica e gli schemi spaziali.

"Chiamiamo il nostro approccio la strategia di mutazione spaziale perché le molecole in una cellula possono essere riorganizzate spazialmente senza alterare la cellula in nessun altro modo, "Dice Groves. "Le nostre membrane supportate da cellule vive forniscono un'interfaccia ibrida costituita da componenti mobili e immobili con geometria controllata che ci consente di utilizzare la nanotecnologia allo stato solido per manipolare e controllare i sistemi molecolari all'interno delle cellule viventi".

Mentre il lavoro di Groves e altri negli ultimi anni ha dimostrato l'importanza dell'organizzazione spaziale delle proteine ​​e dei lipidi all'interno delle membrane cellulari, i dettagli su come l'organizzazione spaziale sia legata al funzionamento sono scarsi principalmente a causa dei limiti della microscopia ottica su scale di lunghezza inferiori al limite di diffrazione di 250 nanometri. La tecnica di cromatografia basata sulle dimensioni sviluppata da Groves e dal suo gruppo consente loro di sondare le strutture supramolecolari in una membrana cellulare alle scale di lunghezza nanometriche necessarie.

"Ora abbiamo un modo per tradurre strutture di dimensioni nanometriche che si avvicinano alle dimensioni molecolari in vincoli geometrici sul movimento delle molecole all'interno di una cellula vivente, "Dice Groves.

Per la loro tecnica di cromatografia basata sulle dimensioni, la spaziatura delle proteine ​​e di altre molecole cellulari è controllata da una serie esagonale oa nido d'ape di nanoparticelle d'oro che è fabbricata nella membrana. La spaziatura tra le nanoparticelle in ciascun array può essere controllata, con dimensioni accessibili che vanno da 30 a quasi 200 nanometri.

"I singoli componenti della membrana si muovono liberamente attraverso l'array, ma il movimento di assiemi più grandi è impedito se superano le dimensioni fisiche dell'array, Groves dice.

Groves e i suoi colleghi hanno testato la loro tecnica di cromatografia basata sulle dimensioni sui microcluster del recettore delle cellule T (TCR) nelle membrane delle cellule T, che è il modulo funzionale per il riconoscimento dell'antigene da parte dei linfociti T (linfociti del timo) nel sistema immunitario dell'organismo. Questi cluster di segnalazione TCR occupano un regime di dimensioni che va da decine a poche centinaia di nanometri, che è tipicamente al di sotto del limite di diffrazione della microscopia ottica convenzionale. La cromatografia basata sulle dimensioni è stata utilizzata per sondare le proprietà fisiche dei cluster di segnalazione del TCR in funzione della densità dell'antigene. I risultati hanno rivelato che il cluster di segnalazione del TCR dipende nettamente dalla quantità di antigene incontrata dalla cellula.

"Questo è qualcosa che non sapevamo prima del sistema di segnalazione del microcluster TCR, che è stato ben studiato utilizzando la microscopia ottica convenzionale, "Dice Groves. "Si tratta di una dimostrazione di principio che rappresenta un altro passo nella direzione di interfacciare le cellule viventi con materiali sintetici per ottenere il controllo a livello molecolare della cellula".