Квантовые точки, используемые исследователями, представляют собой частицы полупроводникового материала шириной всего в несколько нанометров и вызывают большой интерес из-за их потенциала для использования в фотогальванических элементах или компьютерах. «Самое замечательное в этих частицах то, что они поглощают свет и излучают его другого цвета», - объясняет руководитель исследования Лукас Капитейн. «Мы используем эту характеристику, чтобы следить за их перемещением по клетке с помощью микроскопа».
Но для этого в ячейку нужно было вставить квантовые точки. Большинство современных методов приводят к тому, что точки находятся внутри микроскопических пузырьков, окруженных мембраной, но это препятствует их свободному движению. Однако исследователям удалось напрямую доставить частицы в культивируемые клетки, применяя сильное электромагнитное поле, которое создавало временные отверстия в клеточной мембране. В своей статье они описывают, как этот процесс электропорации позволил им вставить квантовые точки внутрь клетки.
Очень яркий
После введения квантовые точки начинают двигаться под действием диффузии. Капитейн: «Со времен Эйнштейна мы знали, что движение видимых частиц может дать информацию о характеристиках раствора, в котором они движутся. Предыдущие исследования показали, что частицы внутри клетки движутся довольно медленно, что указывает на то, что цитоплазма представляет собой вязкую жидкости. Но поскольку наши частицы очень яркие, мы могли снимать их на высокой скорости, и мы заметили, что многие частицы также совершают гораздо более быстрые движения, которые до сих пор были невидимы. Мы записали движения со скоростью 400 кадров в минуту, более 10 раз. быстрее обычного видео. Мы заметили, что при такой скорости измерения некоторые квантовые точки действительно движутся очень медленно, а другие могут двигаться очень быстро».
Капитейна особенно интересует пространственное распределение между медленными и быстрыми квантовыми точками: на краях ячейки жидкость кажется очень вязкой, но глубже в ячейке он наблюдал гораздо более быстрые частицы. Капитейн: «Мы показали, что медленное движение происходит из-за того, что частицы захватываются динамической сетью белковых канальцев, называемых актиновыми филаментами, которые чаще встречаются вблизи клеточной мембраны. Поэтому частицы должны двигаться через отверстия в этой сети».
Моторные белки
В дополнение к изучению этого пассивного транспортного процесса исследователи разработали метод активного перемещения квантовых точек путем связывания их с различными специфическими моторными белками. Эти моторные белки перемещаются по микротрубочкам, другим филаментам цитоскелета и отвечают за транспорт внутри клетки. Это позволило им изучить, как на этот транспорт влияет плотное расположение актиновой сети вблизи клеточной мембраны. Они заметили, что это различно для разных типов моторных белков, потому что они перемещаются по разным типам микротрубочек. Капитеин: «И активный, и пассивный транспорт очень важны для функционирования клетки, поэтому для транспорта внутри клетки было предложено несколько различных физических моделей. Наши результаты показывают, что такие физические модели должны учитывать пространственные вариации клеточного состава. тоже."