Fig. 1. Sono state combinate due funzioni di diffusione del punto di sfocatura a 2π a doppia elica per ottenere un tracciamento delle particelle di grande profondità di campo. SIBET
Il posizionamento e il tracciamento delle nanoparticelle hanno un'ampia gamma di usi nelle scienze della vita, nella ricerca e nello sviluppo di farmaci. La registrazione in tempo reale del movimento intracellulare ed extracellulare delle nanoparticelle è di grande importanza nell'esplorazione delle leggi di base delle attività della vita e della trasformazione dei farmaci in quanto è fondamentale per chiarire questioni scientifiche chiave come la patogenesi della malattia, l'infezione dinamica virale delle cellule ospiti e promuovere lo sviluppo e la trasformazione dei nanofarmaci.
In una nuova ricerca pubblicata su Optics Letters , i ricercatori guidati dal Prof. Zhang Yunhai del Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology (SIBET) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) hanno modulato la fase della luce emessa per rimodellare la funzione di diffusione del punto (PSF) e quindi codificare l'assiale posizione dell'emettitore. Le informazioni sulla posizione assiale delle particelle possono essere ottenute stimando la variazione della forma o dimensione della PSF.
I ricercatori hanno progettato due nuove funzioni di diffusione del punto:la funzione di diffusione del punto a doppia elica 2π (2π-DH-PSF) e la funzione di diffusione del punto della funzione esponenziale di splicing (SE-PSF) e le hanno utilizzate per tracciare particelle biologiche tridimensionali (3D).
Il PSF a 2π-doppia elica (2π-DH-PSF) che può ruotare di 2π radianti può tracciare le particelle tridimensionalmente nell'intervallo assiale di 10 μm. In combinazione con le fasi di sfocatura e l'adozione di un'impostazione ottica specifica, che si traduce in un angolo di rotazione DH-PSF finale di 720 gradi, è possibile ottenere un'estensione quadrupla della profondità di campo rispetto a un DH-PSF convenzionale.
Fig. 2. Il processo di generazione della fase della funzione esponenziale di splicing. Credito:SIBET
L'SE-PSF può controllare l'estensione spaziale e l'intervallo rilevabile assiale regolando i parametri di progettazione. Prendendo la fase della funzione esponenziale e la fase di sfocatura come unità di base, la fase ottimizzata di SE-PSF generata da splicing, simmetria, ottimizzazione e altre operazioni può tracciare particelle in tre dimensioni entro un intervallo assiale di 20μm.
L'SE-PSF con un'estensione spaziale più piccola può ridurre efficacemente la sovrapposizione di immagini di nanoparticelle e realizzare la localizzazione 3D di multiparticelle dense.
La tecnologia di tracciamento 3D delle particelle può registrare la traiettoria del virus nel gel biologico extracellulare (come il muco) e il processo delle particelle virali che entrano nelle cellule viventi.
"Può essere utilizzato per calcolare la velocità media delle particelle, il coefficiente di diffusione, ecc. Pertanto, può fornire un riferimento per lo studio del processo di trasporto dinamico delle particelle virali che infettano le cellule ospiti", ha affermato il prof. Zhang Yunhai, il leader del team.
Fig. 3. Confronto sperimentale. Credito:SIBET
Oltre alle tre applicazioni delle vescicole della membrana esterna, dei virus e dei vettori di nanofarmaci, può essere applicato anche alle vescicole neurali (50–500 nm), ai chilomicroni (75–600 nm) e ai cromosomi (30–750 nm) .
La tecnologia di tracciamento e posizionamento fornisce nuove idee e metodi di ricerca per il processo dinamico di trasduzione del segnale dei neurotrasmettitori, la digestione e l'assorbimento dei nutrienti nel tratto gastrointestinale e la replicazione del materiale genetico, secondo il Prof. Zhang. + Esplora ulteriormente
