05 januari 2024
(Nanowerk-schijnwerperWetenschappers hebben lang geprobeerd de complexe communicatie tussen cellulaire organellen te ontcijferen, die vrijwel alle aspecten van de menselijke gezondheid en ziekte reguleert. Mitochondria en lysosomen werken op elkaar in via voorbijgaande ‘contactplaatsen’, waarbij ze vitale ionen en moleculen uitwisselen die processen van veroudering tot kanker controleren. Toch hebben de afmetingen op nanoschaal en het kortstondige karakter van deze locaties het begrip van hoe stoffen tussen organellen stromen gedwarsboomd, waardoor pogingen om deze overspraak voor therapeutische doeleinden te manipuleren worden belemmerd. Nu, zoals gerapporteerd in een recent artikel in Kleine structuren (“Ionenmonitoring op nanoschaallocaties van interorganelmembraancontact in levende cellen”), hebben onderzoekers superresolutiemicroscopie en speciaal gebouwde ionenbiosensoren gecombineerd om pH-veranderingen tussen mitochondriën en lysosomen tijdens hun microsecondecontacten te volgen. Het werk onthult de eerste high-definition beelden van ionen die tussen organellen stromen, terwijl het een platform demonstreert voor het screenen van medicijnen die deze uitwisseling moduleren. De nieuwe techniek belooft de al lang bestaande mysteries rond interorganelle communicatie en hoe deze het lot van cellen regelt, te verlichten. Dit zou een ongekende controle mogelijk kunnen maken over de berichtenuitwisseling tussen cellulaire compartimenten voor de volgende generatie diagnostiek en ziektebehandelingen.
Ontwerp en optische karakterisering van de H+ responsieve sonde BDP-RhB. a) Schematisch diagram van het ontwerp van BDP-RhB voor op FRET gebaseerde fluorescentieconversie in lysosomen. b) Fluorescentiespectra van probe BDP-RhB (10.0 µM) in oplossingen met verschillende pH-waarden (3–10). c) De verhouding tussen fluorescentie-intensiteit I582/I518 versus pH-waarde. (Herdrukt met toestemming van Wiley-VCH Verlag)
Het kraken van de organel-communicatiecode
Als energiecentrales van het lichaam die energie leveren voor cellulaire processen, moeten mitochondriën nauw samenwerken met spijsverteringsorganellen zoals lysosomen die biomoleculen afbreken en recyclen. De contacten die deze overspraak mogelijk maken, blijven slechts microseconden tot milliseconden bestaan, waardoor pogingen om hun signaaldynamiek vast te leggen worden verijdeld. Technieken zoals fluorescentiemicroscopie maken het taggen van organellen mogelijk met kleurstoffen die van kleur veranderen als reactie op ionen zoals pH-gevoelige H+. Maar conventionele optische microscopen missen de ruimtelijke en temporele resolutie om contacten op nanoschaal en snelle voorbijgaande signalen te visualiseren. Hoewel superresolutie- en hogesnelheidsmicroscopen nu organelgrenzen kunnen opsporen, ontbreken speciaal gebouwde ionendetectoren om de snelle chemische wisselwerking op deze contactpunten te volgen.De punten verbinden met gespecialiseerde ionentrackers
Om deze kloof te overbruggen heeft een gezamenlijk onderzoeksteam uit China een H+ indicatorkleurstof die groen of rood fluoresceert, afhankelijk van de pH-veranderingen. Door deze “FRET”-kleurstof te conjugeren om zich op lysosomen te richten, onthulde de groep zwelling en verhoogde zuurgraad in deze organellen bij contact met mitochondriën. Dit suggereert H+ ionen kunnen tijdens hun microseconde-rendez-vous van mitochondriën naar lysosomen worden overgebracht. Met name hebben de onderzoekers levende cellen in beeld gebracht op een ‘gestructureerde verlichtingsmicroscoop’ (SIM), die de conventionele resolutielimieten twee keer overschrijdt. Door 2 frames per seconde vast te leggen, leverde SIM de eerste video's op nanoschaal van organellen die communiceren in levende systemen. Door veranderingen in de fluorescentieverhoudingen van de aangepaste pH-kleurstof te kwantificeren, konden vervolgens voor het eerst de verzuring van organellen en de overspraak tussen organellen worden gemeten.Drugs screenen om organelberichten te onderscheppen
Naast het ophelderen van de fundamentele biologie van interorganelle communicatie, ontwikkelden de onderzoekers een geautomatiseerd algoritme voor beeldanalyse om kandidaat-geneesmiddelen te screenen die H beïnvloeden.+ uitwisseling tussen mitochondriën en lysosomen. Het algoritme classificeerde cellulaire beelden op basis van fluorescerende kleurstofverhoudingen en colokalisatie van organellen, waardoor pH-veranderingen en contacttoestanden snel werden gekwantificeerd. Bij het screenen van een panel van geneesmiddelen voor autofagie, apoptose en necrose, heeft het algoritme met succes verbindingen gestratificeerd die naar verwachting de verzuring van de organellen zouden verhogen of verlagen. Verdere optimalisatie van machine learning zou ervoor kunnen zorgen dat dergelijke beeldvormingsplatforms worden aangepast aan campagnes voor geneesmiddelenscreening met hoge doorvoer.Verheldering van de rol van organelberichten bij ziekten
Naast hulpmiddelen voor biomedisch onderzoek heeft het werk ook diepgaande implicaties voor het ophelderen van de manier waarop organelcontacten de balans tussen gezondheid en ziekte controleren. De onderzoekers suggereren dat verminderde verzuring en verlengde mitochondria-lysosoomcontacten vroege pathogene gebeurtenissen kunnen vertegenwoordigen die kunnen leiden tot kanker en neurodegeneratieve aandoeningen. Hoewel is waargenomen dat contactpunten tussen organellen ontstonden en vervolgens weer oplosten, bleef de bestaande beeldvorming minuten achter op de feitelijke signaalgebeurtenissen. Door ionenstromen vast te leggen met frames van milliseconden, belooft het nieuwe platform bloot te leggen hoe organellen communiceren om cellen soepel te laten functioneren; en hoe fouten in deze gecodeerde uitwisseling een catastrofe veroorzaken. Naast het filmen van deze ongrijpbare contacten in actie, zou het vermogen om overspraak farmacologisch te manipuleren nieuwe generaties ionmodulerende medicijnen kunnen stimuleren – bedacht door middel van organel-messaging in plaats van zich op grove wijze te richten op afzonderlijke eiwitten. Er blijft nog veel werk over om de dialecten te decoderen die op verschillende organel-communicatieknooppunten in de cel worden ingezet. Maar door het oplossen van de nanoscopische gezanten die dit verkeer bemiddelen, verlichten baanbrekende technologieën als deze de weg.
– Michael is auteur van drie boeken van de Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: de grenzen van technologie verleggen,
Nanotechnologie: de toekomst is klein en
Nanoengineering: de vaardigheden en tools die technologie onzichtbaar maken
Copyright ©
Nanowerk LLC
Word een Spotlight-gastauteur! Sluit je aan bij onze grote en groeiende groep gastbijdragers. Heb je net een wetenschappelijk artikel gepubliceerd of heb je andere opwindende ontwikkelingen om te delen met de nanotechnologie-gemeenschap? Hier leest u hoe u op nanowerk.com publiceert.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64354.php
- : heeft
- :is
- 10
- 12
- 31
- 32
- 7
- 8
- a
- vermogen
- Actie
- daadwerkelijk
- aangepast
- Veroudering
- algoritme
- Alles
- toegestaan
- an
- analyse
- en
- ZIJN
- rond
- AS
- aspecten
- At
- auteur
- geautomatiseerde
- b
- Balance
- gebaseerde
- basis-
- BE
- geweest
- achter
- Berger
- tussen
- Verder
- biologie
- biomedische
- blanco
- Boeken
- grenzen
- BRUG
- maar
- by
- Campagnes
- CAN
- Kanker
- kandidaten
- vangen
- Het vastleggen
- cel
- Cellen
- cellulair
- Centreren
- Wijzigingen
- chemisch
- chemie
- China
- geklasseerd
- van nabij
- gecodeerde
- kleur
- gecombineerde
- communiceren
- communiceren
- Communicatie
- gemeenschap
- complex
- bedacht
- contact
- contacten
- onder controle te houden
- conventioneel
- Camper ombouw
- coördineren
- kon
- gewoonte
- Datum
- verlagen
- demonstrating
- Afhankelijk
- ingezet
- Design
- ontwikkelde
- ontwikkelingen
- diagnostiek
- anders
- Afmeting
- Ziekte
- aandoeningen
- drug
- Drugs
- gedurende
- dynamica
- Vroeg
- inspanningen
- in staat stellen
- waardoor
- eindigt
- energie-niveau
- verbeterde
- Tijdperk
- fouten
- EVENTS
- overschrijdt
- uitwisseling
- uitwisselen
- opwindend
- bestaand
- verwacht
- SNELLE
- lot
- filmen
- Voornaam*
- eerste keer
- stroom
- vloeiende
- Voor
- oppompen van
- functionerende
- verder
- toekomst
- kloof
- generatie
- generaties
- gif
- regeert
- Groen
- Groep
- Groeiend
- Gast
- Hebben
- Gezondheid
- Hoge
- hoge kwaliteit
- Hoe
- How To
- HTTPS
- hubs
- menselijk
- verlichten
- beeld
- foto analyse
- afbeeldingen
- Imaging
- implicaties
- in
- Laat uw omzet
- Indicator
- beïnvloeden
- interactie
- IT
- mee
- gewricht
- jpg
- voor slechts
- Houden
- Gebrek
- ontbreekt
- Groot
- leidend
- leren
- Verlichting
- als
- grenzen
- leven
- leven
- logo
- lang
- longstanding
- machine
- machine learning
- maken
- Mei..
- afgemeten
- messaging
- Michael
- Microscopie
- Midden
- milliseconde
- milliseconden
- minuten
- mitochondriën
- Grensverkeer
- veel
- Dan moet je
- naam
- nanotechnologie
- NATUUR
- necrose
- neurodegeneratief
- New
- Nieuw platform
- volgende
- in het bijzonder
- nu
- opgemerkt
- of
- on
- optimalisatie
- or
- Overige
- onze
- over
- paneel
- Papier
- weg
- voor
- toestemming
- PHP
- baanbrekende
- planten
- platform
- platforms
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- punten
- energie
- energiecentrales
- sonde
- processen
- diepgaand
- Beloften
- Eiwitten
- mits
- publiceren
- gepubliceerde
- uitgever
- voortvarend
- snel
- snel
- liever
- verhouding
- recent
- Rood
- stoffelijk overschot
- gemeld
- vertegenwoordigen
- onderzoek
- onderzoekers
- Resolutie
- oplossen
- oplossen
- antwoord
- responsive
- Revealed
- Rol
- koninklijk
- wetenschappelijk
- wetenschappers
- scherm
- doorlichting
- Tweede
- zien
- Delen
- signalen
- SIM
- single
- Locaties
- vaardigheden
- glad
- Maatschappij
- Oplossingen
- gezocht
- ruimtelijke
- specialist
- snelheid
- Spotlight
- Staten
- Met goed gevolg
- dergelijk
- stel
- Stelt voor
- leveren
- Stap over voor slechts
- Systems
- doelwit
- targeting
- team
- techniek
- technieken
- Technologies
- Technologie
- neem contact
- dat
- De
- De toekomst
- hun
- harte
- Therapeutische
- Deze
- dit
- drie
- Door
- overal
- doorvoer
- niet de tijd of
- naar
- tools
- spoor
- Trackers
- verkeer
- overdracht
- behandelingen
- begrip
- zonder precedent
- Onthult
- updates
- URL
- waarde
- Values
- divers
- Tegen
- Video's
- virtueel
- visualiseren
- vitaal
- Manier..
- GOED
- wanneer
- welke
- en
- Met
- Mijn werk
- nog
- u
- Your
- zephyrnet