מבנים ביו-מולקולריים צפופים רבים בתאים וברקמות אינם נגישים לתיוג נוגדנים. הבנת האופן שבו חלבונים בתוך מבנים אלה מסודרים בדיוק בקנה מידה ננו מחייבת את הצפיפות של המבנים הללו לפני התיוג.
לפעמים מבנים אלה יכולים להיות קשים לדימוי מכיוון שהתוויות הפלורסנטיות המשמשות כדי להפוך אותם לגלויים אינן יכולות להתקע את עצמם בין המולקולות. כדי להתגבר על מגבלה זו, MIT מדענים פיתחו טכניקה חדשה שהופכת מולקולות בלתי נראות לנראות. השיטה מסייעת למדענים להוריד את הצפיפות של המולקולות על ידי הרחבת דגימת תא או רקמה לפני תיוג המולקולות. זה מאפשר למולקולות להיות נגישות יותר לתגיות פלורסנט.
אדוארד בוידן, פרופסור Y. Eva Tan לנוירוטכנולוגיה, פרופסור להנדסה ביולוגית ולמדעי המוח והקוגניציה ב-MIT, אמר: "מתברר שתהליך ההתרחבות יחשוף הרבה תגליות ביולוגיות חדשות. נניח שביולוגים ורופאים חקרו חלבון ב- מוֹחַ או דגימה ביולוגית אחרת, והם מתייגים אותה בדרך הרגילה. במקרה כזה, ייתכן שחסרות להם קטגוריות שלמות של תופעות".
כפי שציינו מדענים, שיטה זו מאפשרת למדענים לדמיין מולקולות ומבנים תאיים שלא נראו מעולם. במחקר שלהם, מדענים יכלו לדמיין ננו-מבנה שנמצא בסינפסות של נוירונים. הם גם דימו את המבנה של אלצהיימרפלאק עמילואיד בטא מקושר בפירוט רב יותר מהאפשרי.
דבלינה סרקר, עוזרת פרופסור במעבדת המדיה ואחת הכותבות הראשיות של המחקר, אמרה, "הטכנולוגיה שלנו, שקראנו לה הרחבה חושפת, מאפשרת הדמיה של הננו-מבנים הללו, שבעבר נותרו מוסתרים, באמצעות חומרה זמינה בקלות במעבדות אקדמיות."
לפני הרחבת הרקמה, מדענים בגרסה המקורית של מיקרוסקופ הרחבה הפעילו סמנים פלורסנטים על מולקולות מעניינות. התיוג בוצע תחילה, בין השאר משום שחלבוני הדגימה היו צריכים להתפרק על ידי אנזים לפני שניתן היה להגדיל את הרקמה. המשמעות היא שברגע שהרקמה נמתחה, אי אפשר היה לסמן את החלבונים.
כדי להתגבר על הבעיה הזו, מדענים מפרסמים למצוא דרך להרחיב את הרקמה תוך השארת החלבונים שלמים. במקום אנזימים, הם השתמשו בחום כדי לרכך את הרקמה. זה אפשר לרקמה להתרחב פי 20 מבלי להיהרס. לאחר מכן הם הפרידו חלבונים שניתן היה לתייג אותם עם תגי פלורסנט לאחר הרחבה.
מכיוון שמדענים יכלו לגשת למספר חלבונים לתיוג, הם יכלו לזהות מבנים תאיים זעירים בתוך סינפסות. מאמינים כי עמודות ננו אלו עוזרות להפוך את התקשורת הסינפטית ליעילה יותר.
Jinyoung Kang, פוסט דוקטורט ב-MIT, אמר, "ניתן להשתמש בטכנולוגיה הזו כדי לענות על שאלות ביולוגיות רבות לגבי חוסר תפקוד בחלבונים סינפטיים, המעורבים ב מחלות עצביות. לא היה כלי לדמיין סינפסות בצורה טובה מאוד."
באמצעות הטכניקה החדשה שלהם, מדענים דילמו בטא עמילואיד, הפפטיד היוצר פלאק בAD. הם השתמשו ברקמת מוח של עכברים ומצאו שעמילואיד בטא יוצר ננו-צבירים תקופתיים. זה לא נראה בעבר.
באופן מפתיע, הם מצאו גם תעלות אשלגן בצברי עמילואיד בטא. בנוסף, מולקולות העמילואיד בטא מייצרות מבנים סליליים לאורך אקסונים.
מרגרט שרדר, סטודנטית לתואר שני ב-MIT שהיא גם מחברת המאמר, אמרה, "במאמר זה, לא נשער מה המשמעות של הביולוגיה הזו, אבל אנחנו מראים שהיא קיימת. זו רק דוגמה אחת לדפוסים החדשים שאנו יכולים לראות."
סרקר אמר, "אני מוקסם מהדפוסים הביו-מולקולריים הננומטריים שהטכנולוגיה הזו חושפת. עם רקע בננו-אלקטרוניקה, פיתחתי שבבים אלקטרוניים הדורשים יישור מדויק בננו-פאב. אבל כשאני רואה שאמא טבע סידרה ביומולקולות בדיוק ננומטרי כזה במוח שלנו, זה מפוצץ את דעתי".
עיון ביומן:
- Sarkar, D., Kang, J., Wassie, AT et al. חשיפת ננו-מבנים ברקמת המוח באמצעות צמצום חלבון על ידי מיקרוסקופ התרחבות איטרטיבי. נאט. ביומד. Eng (2022). DOI: 10.1038/s41551-022-00912-3
