कोशिकाओं और ऊतकों में कई भीड़-भाड़ वाली जैव-आणविक संरचनाएं एंटीबॉडी को लेबल करने के लिए दुर्गम हैं। इन संरचनाओं के भीतर प्रोटीन को नैनोस्केल परिशुद्धता के साथ कैसे व्यवस्थित किया जाता है, यह समझने के लिए आवश्यक है कि लेबलिंग से पहले इन संरचनाओं को कम किया जाए।
कभी-कभी इन संरचनाओं की छवि बनाना मुश्किल हो सकता है क्योंकि उन्हें दृश्यमान बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले फ्लोरोसेंट लेबल अणुओं के बीच में नहीं जा सकते हैं। इस सीमा को पार करने के लिए, एमआईटी वैज्ञानिकों ने एक नई तकनीक विकसित की है जो अदृश्य अणुओं को दृश्यमान बनाती है। यह विधि वैज्ञानिकों को अणुओं को लेबल करने से पहले एक कोशिका या ऊतक के नमूने का विस्तार करके अणुओं को कम करने में मदद करती है। यह अणुओं को फ्लोरोसेंट टैग के लिए अधिक सुलभ होने की अनुमति देता है।
एडवर्ड बॉयडेन, न्यूरोटेक्नोलॉजी में वाई। ईवा टैन प्रोफेसर, एमआईटी में जैविक इंजीनियरिंग और मस्तिष्क और संज्ञानात्मक विज्ञान के प्रोफेसर ने कहा, "यह स्पष्ट हो रहा है कि विस्तार प्रक्रिया कई नई जैविक खोजों को प्रकट करेगी। मान लीजिए कि जीवविज्ञानी और चिकित्सक एक प्रोटीन का अध्ययन कर रहे हैं मस्तिष्क या कोई अन्य जैविक नमूना, और वे इसे नियमित रूप से लेबल कर रहे हैं। उस स्थिति में, वे घटनाओं की पूरी श्रेणियों को याद कर सकते हैं।"
जैसा कि वैज्ञानिकों ने उल्लेख किया है, यह विधि वैज्ञानिकों को अणुओं और सेलुलर संरचनाओं की कल्पना करने की अनुमति देती है जिन्हें पहले कभी नहीं देखा गया है। अपने अध्ययन में, वैज्ञानिक सिनेप्स में पाए जाने वाले नैनोस्ट्रक्चर की छवि बना सकते हैं न्यूरॉन्स. उन्होंने . की संरचना की भी नकल की अल्जाइमर-लिंक्ड अमाइलॉइड बीटा प्लेक जितना संभव हो उतना अधिक विस्तार से।
मीडिया लैब में सहायक प्रोफेसर और अध्ययन के प्रमुख लेखकों में से एक देबलीना सरकार ने कहा, "हमारी तकनीक, जिसे हमने विस्तार खुलासा नाम दिया है, इन नैनोस्ट्रक्चर के दृश्य को सक्षम बनाता है, जो पहले छुपा रहता था, अकादमिक प्रयोगशालाओं में आसानी से उपलब्ध हार्डवेयर का उपयोग करके।"
ऊतक का विस्तार करने से पहले, विस्तार माइक्रोस्कोपी के मूल संस्करण में वैज्ञानिकों ने ब्याज के अणुओं के लिए फ्लोरोसेंट मार्करों को लागू किया। लेबलिंग पहले किया गया था, आंशिक रूप से क्योंकि ऊतक को बड़ा करने से पहले नमूने के प्रोटीन को एंजाइम द्वारा तोड़ा जाना आवश्यक था। इसका मतलब यह था कि एक बार ऊतक को खींच लिया गया था, प्रोटीन को चिह्नित करना असंभव था।
उस समस्या को दूर करने के लिए, वैज्ञानिक प्रोटीन को बरकरार रखते हुए ऊतक का विस्तार करने का एक तरीका खोजने का विज्ञापन करते हैं। एंजाइमों के बजाय, उन्होंने ऊतक को नरम करने के लिए गर्मी का इस्तेमाल किया। इसने ऊतक को नष्ट किए बिना 20 गुना विस्तार करने में सक्षम बनाया। फिर उन्होंने प्रोटीन को अलग किया जिसे विस्तार के बाद फ्लोरोसेंट टैग के साथ लेबल किया जा सकता था।
जैसा कि वैज्ञानिक लेबलिंग के लिए कई प्रोटीन तक पहुंच सकते हैं, वे सिनेप्स के भीतर छोटे सेलुलर संरचनाओं की पहचान कर सकते हैं। माना जाता है कि ये नैनोकॉलम सिनैप्टिक संचार को और अधिक कुशल बनाने में मदद करते हैं।
एमआईटी पोस्टडॉक जिनयॉन्ग कांग ने कहा, "इस तकनीक का उपयोग सिनैप्टिक प्रोटीन में शिथिलता के बारे में कई जैविक सवालों के जवाब देने के लिए किया जा सकता है, जो इसमें शामिल हैं न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों. सिनेप्स को अच्छी तरह से देखने के लिए कोई उपकरण नहीं है।"
वैज्ञानिकों ने अपनी नई तकनीक का इस्तेमाल करते हुए नकल की बीटा-एमीलोयड, AD में पट्टिका बनाने वाला पेप्टाइड। उन्होंने चूहों से मस्तिष्क के ऊतकों का इस्तेमाल किया और पाया कि अमाइलॉइड बीटा आवधिक नैनोक्लस्टर बनाता है। ऐसा पहले नहीं देखा गया था।
हैरानी की बात यह है कि उन्हें अमाइलॉइड बीटा क्लस्टर में पोटेशियम चैनल भी मिले। साथ ही, अमाइलॉइड बीटा अणु साथ में पेचदार संरचनाएं उत्पन्न करते हैं एक्सोन.
मार्गरेट श्रोएडर, एक एमआईटी स्नातक छात्र, जो पेपर के लेखक भी हैं, ने कहा, "इस पत्र में, हम यह अनुमान नहीं लगाएंगे कि उस जीव विज्ञान का क्या अर्थ हो सकता है, लेकिन हम दिखाते हैं कि यह मौजूद है। यह नए पैटर्न का सिर्फ एक उदाहरण है जिसे हम देख सकते हैं।"
सरकार ने कहा, "मैं इस तकनीक का अनावरण करने वाले नैनोस्केल बायोमोलेक्यूलर पैटर्न से रोमांचित हूं। नैनोइलेक्ट्रॉनिक में पृष्ठभूमि के साथ, मैंने इलेक्ट्रॉनिक चिप्स विकसित किए हैं जिन्हें नैनो फैब में सटीक संरेखण की आवश्यकता होती है। लेकिन जब मैं देखता हूं कि प्रकृति ने हमारे मस्तिष्क में इतनी सूक्ष्मता के साथ जैव-अणुओं की व्यवस्था की है, जो मेरे दिमाग को झकझोर देता है। ”
जर्नल संदर्भ:
- सरकार, डी।, कांग, जे।, वासी, एटी एट अल। पुनरावृत्त विस्तार माइक्रोस्कोपी द्वारा प्रोटीन डिक्रॉडिंग के माध्यम से मस्तिष्क के ऊतकों में नैनोस्ट्रक्चर का खुलासा। नेट। बायोमेड। इंग्लैंड (2022)। DOI: 10.1038/s41551-022-00912-3
