05. januar 2024
(Nanowerk Spotlight) Forskere har lenge forsøkt å dekode den komplekse kommunikasjonen mellom cellulære organeller som regulerer praktisk talt alle aspekter av menneskers helse og sykdom. Mitokondrier og lysosomer samhandler gjennom forbigående "kontaktsteder", og utveksler vitale ioner og molekyler som kontrollerer prosesser fra aldring til kreft. Likevel har nanoskala-dimensjonene og den flyktige naturen til disse stedene hindret forståelsen av hvordan stoffer flyter mellom organeller, og hindrer forsøk på å manipulere denne krysstalen for terapeutiske formål. Nå, som rapportert i en nylig avis i Små strukturer ("Ioneovervåking på nanoskala steder med interorganelle membrankontakt i levende celler"), har forskere kombinert superoppløsningsmikroskopi og spesialbygde ionbiosensorer for å spore pH-endringer mellom mitokondrier og lysosomer under mikrosekundkontaktene deres. Verket avslører det første høyoppløselige opptakene av ioner som strømmer mellom organeller, mens de demonstrerer en plattform for å screene medisiner som modulerer denne utvekslingen. Den nye teknikken lover å belyse de mangeårige mysteriene rundt interorganellkommunikasjon og hvordan den styrer celleskjebne. Dette kan muliggjøre enestående kontroll over meldingene mellom cellulære rom for neste generasjons diagnostikk og sykdomsbehandlinger.
Design og optisk karakterisering av H+ responsiv sonde BDP-RhB. a) Skjematisk diagram av utformingen av BDP-RhB for FRET-basert fluorescenskonvertering i lysosomer. b) Fluorescensspektra av probe BDP-RhB (10.0 µM) i løsninger med ulike pH-verdier (3–10). c) Forholdet mellom fluorescensintensitet I582/I518 kontra pH-verdi. (Oppgitt med tillatelse av Wiley-VCH Verlag)
Å knekke organellens kommunikasjonskode
Som kroppens kraftverk som leverer energi til cellulære prosesser, må mitokondrier koordinere tett med fordøyelsesorganeller som lysosomer som bryter ned og resirkulerer biomolekyler. Kontaktene som muliggjør denne krysstalen vedvarer i bare mikrosekunder til millisekunder, og hindrer forsøk på å fange signaldynamikken deres. Teknikker som fluorescensmikroskopi tillater organellmerking med fargestoffer som bytter farge som svar på ioner som pH-sensitiv H+. Men konvensjonelle optiske mikroskoper mangler romlig og tidsmessig oppløsning for å visualisere nanoskalakontakter og raske transiente signaler. Mens superoppløsnings- og høyhastighetsmikroskoper nå kan løse organellgrenser, har spesialbygde ionedetektorer manglet for å spore det raske kjemiske samspillet ved disse kontaktpunktene.Slå sammen prikkene med spesialiserte ionesporere
For å bygge bro over dette gapet utviklet et felles forskerteam fra Kina en H+ indikatorfarge som fluorescerer grønt eller rødt avhengig av pH-endringer. Ved å konjugere dette "FRET"-fargestoffet for å målrette lysosomer, avslørte gruppen hevelse og økt surhet i disse organellene når de kom i kontakt med mitokondrier. Dette antyder H+ ioner kan overføres fra mitokondrier til lysosomer under deres møte i mikrosekunder. Spesielt avbildet forskerne levende celler på et "strukturert belysningsmikroskop" (SIM) som overskrider konvensjonelle oppløsningsgrenser med 2 ganger. SIM fanget 12 bilder per sekund og ga de første nanoskalavideoene av organeller som kommuniserte i levende systemer. Kvantifisering av endringer i fluorescensforhold for det tilpassede pH-fargestoffet gjorde det mulig for første gang å måle organellforsuring og interorganell-krysstale.Screening av medikamenter for å avskjære organellmeldinger
I tillegg til å belyse den grunnleggende biologien til interorganell kommunikasjon, utviklet forskerne en automatisert bildeanalysealgoritme for å screene medikamentkandidater som påvirker H+ utveksling mellom mitokondrier og lysosomer. Algoritmen klassifiserte cellulære bilder basert på fluorescerende fargeforhold og organellkolokalisering, og kvantifiserte raskt pH-endringer og kontakttilstander. Ved screening av et panel av legemidler til autofagi, apoptose og nekroseveier, stratifiserte algoritmen vellykket forbindelser som forventes å øke eller redusere organellforsuring. Ytterligere maskinlæringsoptimalisering kan se at slike bildeplattformer er tilpasset kampanjer for screening av medikamenter med høy gjennomstrømming.Å belyse rollen til organellmeldinger i sykdom
Utover verktøy for biomedisinsk forskning, har arbeidet dype implikasjoner for å belyse hvordan organellekontakter kontrollerer balansen mellom helse og sykdom. Forskerne antyder at svekket forsuring og forlengede mitokondrier-lysosomkontakter kan representere tidlige patogene hendelser som fører til kreft og nevrodegenerative lidelser. Mens det er observert kontaktpunkter som dannes og deretter oppløses mellom organeller, lå eksisterende bildebehandling minutter bak de faktiske signalhendelsene. Ved å fange ioneflukser med millisekundrammer, lover den nye plattformen å avsløre hvordan organeller kommuniserer for å holde cellene fungerende jevnt; og hvordan feil i denne kodede utvekslingen utløser katastrofe. I tillegg til å filme disse unnvikende kontaktene i aksjon, kan evnen til farmakologisk manipulering av krysstale anspore nye generasjoner av ionemodulerende medisiner – unnfanget av organellmeldinger i stedet for grovt målrettet mot enkeltproteiner. Mye videre arbeid gjenstår for å dekode dialektene som er distribuert ved forskjellige organellkommunikasjonsknutepunkter i hele cellen. Men ved å løse de nanoskopiske utsendingene som formidler denne trafikken, lyser banebrytende teknologier som dette veien.
– Michael er forfatter av tre bøker av Royal Society of Chemistry:
Nano-samfunnet: Skyver teknologiens grenser,
Nanoteknologi: Fremtiden er litenog
Nanoengineering: Ferdighetene og verktøyene som gjør teknologien usynlig
Copyright ©
Nanowerk LLC
Bli en Spotlight-gjesteforfatter! Bli med i vår store og voksende gruppe gjestebidragere. Har du nettopp publisert en vitenskapelig artikkel eller har andre spennende utvikling å dele med nanoteknologisamfunnet? Slik publiserer du på nanowerk.com.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
- kilde: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64354.php
- : har
- :er
- 10
- 12
- 31
- 32
- 7
- 8
- a
- evne
- Handling
- faktiske
- tilpasset
- Aldring
- algoritme
- Alle
- tillatt
- an
- analyse
- og
- ER
- rundt
- AS
- aspekter
- At
- forfatter
- Automatisert
- b
- Balansere
- basert
- grunnleggende
- BE
- vært
- bak
- Berger
- mellom
- Beyond
- biologi
- biomedisinsk
- blank
- bøker
- grenser
- BRO
- men
- by
- Kampanjer
- CAN
- Kreft
- kandidater
- fangst
- fange
- celle
- Celler
- mobilnettet
- sentrum
- Endringer
- kjemisk
- kjemi
- Kina
- klassifisert
- tett
- kodet
- farge
- kombinert
- kommunisere
- kommunisere
- Kommunikasjon
- samfunnet
- komplekse
- unnfanget
- kontakt
- kontakter
- kontroll
- konvensjonell
- Konvertering
- koordinere
- kunne
- skikk
- Dato
- redusere
- demonstrere
- avhengig
- utplassert
- utforming
- utviklet
- utviklingen
- diagnostikk
- forskjellig
- dimensjoner
- sykdom
- lidelser
- medikament
- Narkotika
- under
- dynamikk
- Tidlig
- innsats
- muliggjøre
- muliggjør
- slutter
- energi
- forbedret
- Era
- feil
- hendelser
- stiger
- utveksling
- utveksling
- spennende
- eksisterende
- forventet
- FAST
- skjebne
- filming
- Først
- første gang
- flyten
- Rennende
- Til
- fra
- funksjon
- videre
- framtid
- mellomrom
- generasjonen
- generasjoner
- gif
- reglene
- Grønn
- Gruppe
- Økende
- Gjest
- Ha
- Helse
- Høy
- høy oppløsning
- Hvordan
- Hvordan
- HTTPS
- huber
- menneskelig
- belyse
- bilde
- bildeanalyse
- bilder
- Imaging
- implikasjoner
- in
- Øke
- Indikator
- å påvirke
- samhandle
- IT
- bli medlem
- ledd
- jpg
- bare
- Hold
- maling
- mangler
- stor
- ledende
- læring
- Belysning
- i likhet med
- grenser
- leve
- levende
- logo
- Lang
- årige
- maskin
- maskinlæring
- Making
- Kan..
- målte
- meldinger
- Michael
- mikros~~POS=TRUNC
- Middle
- millisekund
- millisekunder
- minutter
- mitokondrier
- overvåking
- mye
- må
- navn
- nanoteknologi
- Natur
- nekrose
- nevrodegenerativ
- Ny
- Ny plattform
- neste
- spesielt
- nå
- observerte
- of
- on
- optimalisering
- or
- Annen
- vår
- enn
- panel
- Papir
- pathway
- for
- tillatelse
- PHP
- Banebryt
- planter
- plattform
- Plattformer
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- poeng
- makt
- kraftverk
- probe
- Prosesser
- dyp
- lover
- Proteiner
- forutsatt
- publisere
- publisert
- utgiver
- Skyver
- rask
- raskt
- heller
- ratio
- nylig
- Rød
- forblir
- rapportert
- representere
- forskning
- forskere
- oppløsning
- løse
- løse
- svar
- responsive
- Avslørt
- Rolle
- kongelig
- vitenskapelig
- forskere
- Skjerm
- screening
- Sekund
- se
- Del
- signaler
- JA
- enkelt
- Nettsteder
- ferdigheter
- problemfritt
- Samfunnet
- Solutions
- ettertraktet
- romlig
- spesialist
- fart
- Spotlight
- Stater
- vellykket
- slik
- foreslår
- foreslår
- levere
- Bytte om
- Systemer
- Target
- rettet mot
- lag
- teknikk
- teknikker
- Technologies
- Teknologi
- enn
- Det
- De
- Fremtiden
- deres
- deretter
- Terapeutisk
- Disse
- denne
- tre
- Gjennom
- hele
- gjennomstrømning
- tid
- til
- verktøy
- spor
- Trackers
- trafikk
- overføre
- behandlinger
- forståelse
- enestående
- avduker
- oppdateringer
- URL
- verdi
- Verdier
- ulike
- Versus
- videoer
- nesten
- visualisere
- vital
- Vei..
- VI VIL
- når
- hvilken
- mens
- med
- Arbeid
- ennå
- du
- Din
- zephyrnet