Per coloro che non sono coinvolti in chimica o biologia, immaginare una cellula probabilmente fa venire in mente diversi discreti, oggetti a forma di blob; forse il nucleo, mitocondri, ribosomi e simili.

C'è una parte che spesso viene trascurata, salvo forse una linea ondulata che indica il confine della cellula:la membrana. Ma il suo ruolo di guardiano è essenziale, e una nuova tecnica di imaging sviluppata presso la McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis sta fornendo un modo per vedere dentro, al contrario di attraverso, questo trasparente, Grasso, involucro protettivo.

La nuova tecnica, sviluppato nel laboratorio di Matthew Lew, professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dei Sistemi di Preston M. Green, consente ai ricercatori di distinguere raccolte di molecole lipidiche della stessa fase (le raccolte sono chiamate nanodomini) e di determinare la composizione chimica all'interno di tali domini.

I dettagli di questa tecnica:microscopia di localizzazione con orientamento a singola molecola, o SMOLM—sono stati pubblicati online il 21 agosto in Angewandte Chemie , il giornale della Società Chimica Tedesca.

Gli editori della rivista, uno dei principali nella chimica generale, hanno selezionato l'articolo di Lew come "Hot Paper" sul tema delle carte su scala nanometrica. Le Hot Papers si distinguono per la loro importanza in un settore di grande interesse in rapida evoluzione.

Utilizzando le tradizionali tecnologie di imaging, è difficile dire cosa c'è "dentro" rispetto a "fuori" di uno squishy, oggetto trasparente come una membrana cellulare, Lew ha detto, soprattutto senza distruggerlo.

"Volevamo un modo per vedere nella membrana senza metodi tradizionali", come l'inserimento di un tracciante fluorescente e osservarlo muoversi attraverso la membrana o l'utilizzo della spettrometria di massa, "che l'avrebbe distrutta, " ha detto Leo.

Per sondare la membrana senza distruggerla, Jin Lu, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Lew, impiegava anche una sonda fluorescente. Invece di dover tracciare un percorso attraverso la membrana, però, questa nuova tecnica utilizza la luce emessa da una sonda fluorescente per "vedere" direttamente dove si trova la sonda e dove è "puntata" nella membrana. L'orientamento della sonda rivela informazioni sia sulla fase della membrana che sulla sua composizione chimica.

"Nelle membrane cellulari, ci sono molte diverse molecole lipidiche, " Lu ha detto. "Alcuni formano liquido, alcuni formano una fase più solida o gel."

Le molecole in una fase solida sono rigide e il loro movimento è vincolato. Loro sono, in altre parole, ordinato. Quando sono in una fase liquida, però, hanno più libertà di rotazione; sono in una fase disordinata.

Utilizzando un modello a doppio strato lipidico per imitare una membrana cellulare, Lu ha aggiunto una soluzione di sonde fluorescenti, come il rosso Nilo, e ha utilizzato un microscopio per osservare che le sonde si attaccano brevemente alla membrana.

Il movimento di una sonda mentre è attaccata alla membrana è determinato dal suo ambiente. Se le molecole circostanti sono in una fase disordinata, la sonda ha spazio per oscillare. Se le molecole circostanti sono in una fase ordinata, la sonda, come le molecole vicine, è aggiustato.

Quando la luce viene illuminata sul sistema, la sonda rilascia fotoni. Un metodo di imaging precedentemente sviluppato nel laboratorio di Lew analizza quindi quella luce per determinare l'orientamento della molecola e se è fissa o rotante.

"Il nostro sistema di imaging cattura la luce emessa da singole molecole fluorescenti e piega la luce per produrre modelli speciali sulla fotocamera, " disse Lu.

"In base all'immagine, conosciamo l'orientamento della sonda e sappiamo se è rotante o fissa, " e quindi, se è incorporato in un nanodominio ordinato o meno.

Ripetere questo processo centinaia di migliaia di volte fornisce informazioni sufficienti per costruire una mappa dettagliata, mostrando i nanodomini ordinati circondati dall'oceano delle regioni liquide disordinate della membrana.

La sonda fluorescente utilizzata da Lu, rosso del Nilo, è anche in grado di distinguere tra derivati ​​lipidici all'interno degli stessi nanodomini. In tale contesto, la sonda fluorescente scelta può dire se le molecole lipidiche sono idrolizzate o meno quando era presente un certo enzima.

"Questo lipide, chiamato sfingomielina, è uno dei componenti critici coinvolti nella formazione di nanodomini nella membrana cellulare. Un enzima può convertire una molecola di sfingomielina in ceramide, " Lu ha detto. "Crediamo che questa conversione alteri il modo in cui la molecola della sonda ruota nella membrana. Il nostro metodo di imaging può discriminare tra i due, anche se rimangono nello stesso nanodominio."

Questa risoluzione, una singola molecola nel doppio strato lipidico modello, non può essere realizzato con le tecniche di imaging convenzionali.

Questa nuova tecnica SMOLM può risolvere le interazioni tra varie molecole lipidiche, enzimi e sonde fluorescenti con dettagli mai raggiunti in precedenza. Questo è importante in particolare nel campo della chimica della materia soffice.

"A questa scala, dove le molecole sono in continuo movimento, tutto è auto-organizzato, " Ha detto Lew. Non è come l'elettronica a stato solido in cui ogni componente è collegato in modo specifico e soprattutto statico.

"Ogni molecola percepisce le forze da quelle che la circondano; questo è ciò che determina il modo in cui una particolare molecola si muoverà e svolgerà le sue funzioni".

Le singole molecole possono organizzarsi in questi nanodomini che, collettivamente, può inibire o incoraggiare certe cose, come permettere a qualcosa di entrare in una cella o tenerlo fuori.

"Si tratta di processi notoriamente difficili da osservare direttamente, " disse Lew. "Ora, tutto ciò di cui hai bisogno è una molecola fluorescente. Perché è incorporato, i suoi stessi movimenti ci dicono qualcosa su cosa c'è intorno."