بسیاری از ساختارهای زیست مولکولی شلوغ در سلول ها و بافت ها برای برچسب زدن آنتی بادی ها غیرقابل دسترسی هستند. درک اینکه چگونه پروتئین‌های درون این ساختارها با دقت نانومقیاس چیده شده‌اند، مستلزم این است که این ساختارها قبل از برچسب‌گذاری ازجمع شوند.
گاهی اوقات تصویربرداری از این ساختارها دشوار است زیرا برچسب های فلورسنتی که برای قابل مشاهده کردن آنها استفاده می شود نمی توانند خود را در بین مولکول ها فرو کنند. برای غلبه بر این محدودیت، MIT دانشمندان تکنیک جدیدی را توسعه داده اند که مولکول های نامرئی را قابل مشاهده می کند. این روش به دانشمندان کمک می کند تا با گسترش یک نمونه سلول یا بافت قبل از برچسب زدن مولکول ها، مولکول ها را از بین ببرند. این اجازه می دهد تا مولکول ها برای برچسب های فلورسنت در دسترس تر باشند.
ادوارد بویدن، پروفسور Y. Eva Tan در نوروتکنولوژی، استاد مهندسی زیست شناسی و مغز و علوم شناختی در MIT، گفت: واضح است که روند گسترش بسیاری از اکتشافات بیولوژیکی جدید را آشکار خواهد کرد. فرض کنید زیست شناسان و پزشکان در حال مطالعه پروتئینی در این منطقه هستند مغز یا یک نمونه بیولوژیکی دیگر، و آنها به روش معمول آن را برچسب گذاری می کنند. در این صورت، آنها ممکن است دسته بندی کاملی از پدیده ها را از دست بدهند.»
همانطور که دانشمندان اشاره کردند، این روش به دانشمندان اجازه می دهد تا مولکول ها و ساختارهای سلولی را تجسم کنند که قبلاً هرگز دیده نشده بودند. در مطالعه خود، دانشمندان توانستند از یک نانوساختار موجود در سیناپس‌های آن تصویربرداری کنند نورون ها. آنها همچنین از ساختار آلزایمرپلاک های آمیلوئید بتا با جزئیات بیشتر از حد ممکن مرتبط است.
دبلینا سرکار، استادیار آزمایشگاه رسانه و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، گفت: فناوری ما، که ما آن را آشکارسازی گسترش نامیدیم، با استفاده از سخت‌افزاری که به راحتی در آزمایشگاه‌های آکادمیک در دسترس است، این نانوساختارها را که قبلا پنهان مانده بودند، امکان‌پذیر می‌سازد.
قبل از گسترش بافت، دانشمندان در نسخه اصلی میکروسکوپ انبساط، نشانگرهای فلورسنت را روی مولکول‌های مورد نظر اعمال کردند. برچسب‌گذاری ابتدا انجام شد، تا حدی به این دلیل که پروتئین‌های نمونه باید توسط یک آنزیم تجزیه شوند تا بافت بزرگ شود. این بدان معناست که وقتی بافت کشیده شد، علامت گذاری پروتئین ها غیرممکن بود.
برای غلبه بر این مشکل، دانشمندان تبلیغ می کنند تا راهی برای گسترش بافت در حالی که پروتئین ها دست نخورده باقی می مانند، بیابند. آنها به جای آنزیم ها از گرما برای نرم شدن بافت استفاده کردند. این باعث شد بافت 20 برابر بدون تخریب منبسط شود. سپس پروتئین هایی را جدا کردند که می توانستند پس از انبساط با برچسب های فلورسنت برچسب گذاری شوند.
از آنجایی که دانشمندان می‌توانستند به پروتئین‌های متعددی برای برچسب‌گذاری دسترسی داشته باشند، می‌توانند ساختارهای سلولی ریز درون سیناپس‌ها را شناسایی کنند. اعتقاد بر این است که این نانوستون ها به کارآمدتر کردن ارتباطات سیناپسی کمک می کنند.
جین یونگ کانگ، یک فوق دکترای MIT، گفت: از این فناوری می توان برای پاسخ به بسیاری از سوالات بیولوژیکی در مورد اختلال عملکرد پروتئین های سیناپسی استفاده کرد که در بیماری های نوروژنیک. هیچ ابزاری برای تجسم سیناپس ها به خوبی وجود نداشته است.»
دانشمندان با استفاده از تکنیک جدید خود تصویربرداری کردند بتا آمیلوئید، پپتید تشکیل دهنده پلاک در AD. آنها از بافت مغز موش استفاده کردند و دریافتند که آمیلوئید بتا نانو خوشه های دوره ای را تشکیل می دهد. این قبلا دیده نشده بود.
با کمال تعجب، آنها همچنین کانال های پتاسیم را در خوشه های آمیلوئید بتا پیدا کردند. به علاوه، مولکول‌های بتا آمیلوئید ساختارهای مارپیچی را در طول آن تولید می‌کنند آکسون.
مارگارت شرودر، دانشجوی کارشناسی ارشد MIT که نویسنده مقاله نیز هست، گفت: در این مقاله، ما در مورد معنای آن زیست شناسی حدس نمی زنیم، اما نشان می دهیم که وجود دارد. این فقط یک نمونه از الگوهای جدیدی است که می‌توانیم ببینیم.»
سرکار گفت: من شیفته الگوهای زیست مولکولی نانومقیاس هستم که این فناوری پرده برداری می کند. با سابقه ای در نانوالکترونیک، تراشه های الکترونیکی را توسعه داده ام که نیاز به تراز دقیق در نانوفاب دارند. اما وقتی می‌بینم که مادر طبیعت مولکول‌های زیستی را با چنین دقتی در مقیاس نانو در مغز ما مرتب کرده است، ذهن من را متحیر می‌کند.»
مرجع مجله:
- سرکار، دی، کانگ، جی، واسی، AT و همکاران. آشکارسازی نانوساختارها در بافت مغز از طریق پروتئین زدایی توسط میکروسکوپ انبساط تکراری نات. بیومد. مهندس (2022) DOI: 10.1038/s41551-022-00912-3
