(Phys.org) —Una nuova tecnica che intrappola la luce su scala nanometrica per consentire il monitoraggio in tempo reale delle singole molecole che si piegano e si flettono può aiutare a capire come i cambiamenti all'interno di una cellula possono portare a malattie come il cancro.

Un nuovo metodo che utilizza una luce strettamente confinata intrappolata tra specchi d'oro a un miliardesimo di metro di distanza per guardare le molecole "danzare" in tempo reale potrebbe aiutare i ricercatori a scoprire molti dei processi cellulari che sono essenziali per tutta la vita, e come piccoli cambiamenti a questi processi possono portare a malattie come il cancro o l'Alzheimer.

I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno dimostrato come utilizzare la luce per visualizzare le singole molecole che si piegano e si flettono mentre si muovono attraverso una membrana cellulare modello, per comprendere meglio il funzionamento interno delle cellule. I dettagli sono pubblicati oggi (12 agosto) sulla rivista Rapporti scientifici .

La membrana è vitale per il normale funzionamento delle cellule; tenendo fuori i virus ma consentendo molecole selezionate, come droghe, attraversare. Questa prima linea critica di difesa cellulare è costituita da uno strato di lipidi grassi, spessore di pochi nanometri.

Quando la membrana cellulare è danneggiata, tuttavia, gli invasori indesiderati possono marciare nella cellula. Molte malattie degenerative, come l'Alzheimer, Parkinson, si ritiene che la fibrosi cistica e la distrofia muscolare derivino da un danno alla membrana cellulare.

La capacità di osservare come le singole molecole lipidiche interagiscono con il loro ambiente può aiutare i ricercatori a capire non solo come si comportano queste e altre malattie nelle loro prime fasi, ma anche molti dei processi biologici fondamentali che sono la chiave di tutta la vita.

Per visualizzare il comportamento della membrana cellulare a livello delle singole molecole, la squadra di Cambridge, collaborando con ricercatori dell'Università di Leeds, li ha schiacciati in un minuscolo spazio tra le sfaccettature dorate specchiate di una nanoparticella posta appena sopra una superficie piatta d'oro.

Attraverso un controllo estremamente preciso della geometria delle nanostrutture, e utilizzando la spettroscopia Raman, una tecnica di identificazione molecolare ultrasensibile, la luce può essere intrappolata tra gli specchi, consentendo ai ricercatori di "impronteggiare" singole molecole. "È come avere una lente d'ingrandimento estremamente potente fatta d'oro, " ha affermato il professor Jeremy Baumberg del NanoPhotonics Center presso il Cavendish Laboratory di Cambridge, che ha condotto la ricerca.

L'analisi dei colori della luce diffusa dagli specchi ha permesso di vedere le diverse vibrazioni di ogni molecola all'interno di questo intenso campo ottico. "Sondare campioni biologici così delicati con la luce ci permette di osservare queste molecole danzanti per ore senza cambiarle o distruggerle, " ha detto il co-autore Felix Benz. Le molecole stanno fianco a fianco come alberi in una foresta, mentre alcuni tremano di lato.

Osservando continuamente la luce diffusa, si vedono singole molecole muoversi dentro e fuori dai minuscoli spazi tra gli specchi. Un'attenta analisi delle firme da diverse parti di ciascuna molecola ha permesso di osservare eventuali cambiamenti nella forma della molecola, che aiuta a capire come i loro siti di reazione possono essere scoperti quando sono al lavoro. La cosa più interessante è che il team afferma che questi movimenti di flessione e flessione non dovrebbero verificarsi nelle scale temporali lente dell'esperimento, consentendo ai ricercatori di realizzare video dei loro progressi.

"È completamente sorprendente vedere le molecole cambiare forma in tempo reale, " ha detto Richard Taylor, autore principale del paper.

Le nuove intuizioni di questo lavoro suggeriscono modi per svelare i processi che sono essenziali per tutta la vita e capire come piccoli cambiamenti a questi processi possono causare malattie.