I biofisici dell'Università di Utrecht hanno sviluppato una strategia per l'utilizzo di nanocristalli che emettono luce come marker nelle cellule viventi. Registrando i movimenti di questi punti quantici, possono chiarire la struttura e la dinamica del citoscheletro. I loro risultati sono stati pubblicati oggi in Comunicazioni sulla natura .

I punti quantici utilizzati dai ricercatori sono particelle di materiale semiconduttore larghe solo pochi nanometri, e sono oggetto di grande interesse per il loro potenziale di utilizzo in celle fotovoltaiche o computer. "Il bello di queste particelle è che assorbono la luce e la emettono in un colore diverso, " spiega il leader della ricerca Lukas Kapitein. "Usiamo questa caratteristica per seguire i loro movimenti attraverso la cellula con un microscopio".

Ma per farlo, i punti quantici dovevano essere inseriti nella cella. La maggior parte delle tecniche attuali produce punti all'interno di vescicole microscopiche circondate da una membrana, ma questo impedisce loro di muoversi liberamente. Però, i ricercatori sono riusciti a trasferire direttamente le particelle nelle cellule in coltura applicando un forte campo elettromagnetico che ha creato aperture transitorie nella membrana cellulare. Nel loro articolo, descrivono come questo processo di elettroporazione ha permesso loro di inserire i punti quantici all'interno della cellula.

Estremamente luminoso

Una volta inserito, i punti quantici iniziano a muoversi sotto l'influenza della diffusione. Kapitein:"Da Einstein, sappiamo che il movimento delle particelle visibili può fornire informazioni sulle caratteristiche della soluzione in cui si muovono. Ricerche precedenti hanno dimostrato che le particelle si muovono abbastanza lentamente all'interno della cellula, che indica che il citoplasma è un fluido viscoso. Ma poiché le nostre particelle sono estremamente luminose, potremmo filmarli ad alta velocità, e abbiamo osservato che molte particelle fanno anche movimenti molto più veloci che erano stati invisibili fino ad ora. Abbiamo registrato i movimenti a 400 fotogrammi al minuto, più di 10 volte più veloce del video normale. A quella velocità di misurazione, abbiamo osservato che alcuni punti quantici in effetti si muovono molto lentamente, ma altri possono essere molto veloci."

Kapitein è particolarmente interessato alla distribuzione spaziale tra i punti quantici lenti e veloci:ai bordi della cellula, il fluido sembra essere molto viscoso, ma più in profondità nella cellula osservò particelle molto più veloci. Kapitein:"Abbiamo dimostrato che il movimento lento avviene perché le particelle sono catturate in una rete dinamica di tubuli proteici chiamati filamenti di actina, che sono più comuni vicino alla membrana cellulare. Quindi le particelle devono muoversi attraverso i fori in quella rete".

proteine ​​del motore

Oltre a studiare questo processo di trasporto passivo, i ricercatori hanno sviluppato una tecnica per spostare attivamente i punti quantici legandoli a una varietà di proteine ​​motorie specifiche. Queste proteine ​​motorie si muovono lungo i microtubuli, gli altri filamenti nel citoscheletro, e sono responsabili del trasporto all'interno della cellula. Ciò ha permesso loro di studiare come questo trasporto sia influenzato dalla disposizione densa della rete di actina vicino alla membrana cellulare. Hanno osservato che questo differisce per i diversi tipi di proteine ​​motorie, perché si muovono lungo diversi tipi di microtubuli. Kapitein:"Il trasporto attivo e quello passivo sono entrambi molto importanti per il funzionamento della cellula, quindi sono stati proposti diversi modelli fisici per il trasporto all'interno della cellula. I nostri risultati mostrano che tali modelli fisici devono prendere in considerazione anche le variazioni spaziali nella composizione cellulare».