يتعذر الوصول إلى العديد من الهياكل الجزيئية الحيوية المزدحمة في الخلايا والأنسجة لتسمية الأجسام المضادة. إن فهم كيفية ترتيب البروتينات داخل هذه الهياكل بدقة نانوية يتطلب فك هذه الهياكل قبل وضع العلامات.
في بعض الأحيان ، قد يكون من الصعب تصوير هذه الهياكل لأن ملصقات الفلورسنت المستخدمة لجعلها مرئية لا يمكنها أن تنحشر بين الجزيئات. للتغلب على هذا القيد ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طور العلماء تقنية جديدة تجعل الجزيئات غير المرئية مرئية. تساعد هذه الطريقة العلماء على التخلص من حشد الجزيئات عن طريق توسيع عينة خلية أو نسيج قبل وسم الجزيئات. هذا يسمح للجزيئات أن تكون في متناول العلامات الفلورية.
قال إدوارد بويدن ، أستاذ Y. Eva Tan في التكنولوجيا العصبية ، أستاذ الهندسة البيولوجية والدماغ والعلوم المعرفية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، أصبح من الواضح أن عملية التوسع ستكشف عن العديد من الاكتشافات البيولوجية الجديدة. افترض أن علماء الأحياء والأطباء كانوا يدرسون بروتينًا في الدماغ أو عينة بيولوجية أخرى ، ويقومون بتسميتها بالطريقة المعتادة. في هذه الحالة ، قد يفتقدون إلى فئات كاملة من الظواهر ".
كما لاحظ العلماء ، تسمح هذه الطريقة للعلماء بتصور الجزيئات والهياكل الخلوية التي لم يسبق رؤيتها من قبل. في دراستهم ، تمكن العلماء من تصوير بنية نانوية موجودة في المشابك العصبية الخلايا العصبية. قاموا أيضًا بتصوير هيكل الزهايمرلويحات أميلويد بيتا المرتبطة بتفاصيل أكبر من الممكن.
قالت ديبلينا ساركار ، الأستاذة المساعدة في Media Lab وأحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة ، "تتيح تقنيتنا ، التي أطلقنا عليها اسم كشف التوسع ، تصور هذه الهياكل النانوية ، التي ظلت مخفية في السابق ، باستخدام أجهزة متاحة بسهولة في المعامل الأكاديمية."
قبل توسيع النسيج ، طبق العلماء في النسخة الأصلية من الفحص المجهري التمدد علامات الفلورسنت على الجزيئات ذات الأهمية. تم تنفيذ وضع العلامات أولاً ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن بروتينات العينة كانت بحاجة إلى التكسير بواسطة إنزيم قبل أن يتم تضخيم الأنسجة. هذا يعني أنه بمجرد شد الأنسجة ، كان من المستحيل تحديد البروتينات.
للتغلب على هذه المشكلة ، يسعى العلماء لإيجاد طريقة لتوسيع الأنسجة مع ترك البروتينات سليمة. بدلاً من الإنزيمات ، استخدموا الحرارة لتليين الأنسجة. مكن هذا النسيج من التوسع 20 ضعفًا دون أن يتم تدميره. ثم قاموا بعد ذلك بفصل البروتينات التي يمكن تمييزها بعلامات الفلورسنت بعد التمدد.
نظرًا لأن العلماء تمكنوا من الوصول إلى العديد من البروتينات لوضع العلامات ، فقد تمكنوا من تحديد الهياكل الخلوية الدقيقة داخل نقاط الاشتباك العصبي. يُعتقد أن هذه الأعمدة النانوية تساعد في جعل الاتصال التشابكي أكثر كفاءة.
قال Jinyoung Kang ، باحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، "يمكن استخدام هذه التقنية للإجابة على العديد من الأسئلة البيولوجية حول الخلل الوظيفي في البروتينات المشبكية ، التي تشارك فيها الأمراض العصبية. لم تكن هناك أداة لتصور المشابك بشكل جيد للغاية ".
باستخدام تقنيتهم الجديدة ، صور العلماء بيتا اميلويد، الببتيد المكون للوحة في AD. استخدموا أنسجة المخ من الفئران ووجدوا أن الأميلويد بيتا يشكل العناقيد النانوية الدورية. هذا لم نشهده من قبل.
والمثير للدهشة أنهم وجدوا أيضًا قنوات بوتاسيوم في مجموعات بيتا أميلويد. بالإضافة إلى ذلك ، تولد جزيئات أميلويد بيتا هياكل حلزونية على طول المحاور.
قالت مارجريت شرودر ، طالبة دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤلفة الورقة: "في هذه الورقة ، لن نتوقع ما قد تعنيه هذه البيولوجيا ، لكننا نظهر أنها موجودة. هذا مجرد مثال واحد على الأنماط الجديدة التي يمكننا رؤيتها ".
قال ساركار ، "أنا مفتون بالأنماط الجزيئية الحيوية ذات المقياس النانوي التي تكشف عنها هذه التكنولوجيا. مع خلفية في الإلكترونيات النانوية ، قمت بتطوير رقائق إلكترونية تتطلب محاذاة دقيقة في صناعة النانو. ولكن عندما أرى أن الطبيعة الأم قد رتبت الجزيئات الحيوية بمثل هذه الدقة النانوية في دماغنا ، فإن هذا يذهلني ".
المرجع مجلة:
- Sarkar ، D. ، Kang ، J. ، Wassie ، AT et al. الكشف عن الهياكل النانوية في أنسجة المخ عن طريق فك البروتين عن طريق الفحص المجهري التكراري. نات. بيوميد. م (2022). معرف الهوية الرقمي: 10.1038/s41551-022-00912-3
