Очаговые спайки представляют собой крупные специализированные белки, расположенные в области, где клеточная мембрана встречается с внеклеточным матриксом (ECM), совокупностью молекул, окружающих клетки, которые обеспечивают поддержку и регулируют микромеханические сигналы к клеткам. Изучение фокальных спаек является одним из ключевых элементов для понимания того, как клетка пролиферирует, дифференцируется и мигрирует, что может помочь в лечении таких заболеваний, как рак.
Исследователи из Института передовых наук и технологий Бекмана и Лаборатории микро- и нанотехнологий Университета Иллинойса разработали новую форму микроскопии, которая позволяет им наблюдать за формированием и эволюцией фокальных спаек клеточных мембран. В их статье «Количественный анализ динамики фокальной адгезии с использованием микроскопии фотонного резонатора с развязкой (PROM)» подробно описывается, как новый метод визуализации живых клеток может наблюдать за образованием и эволюцией фокальных адгезий клеточной мембраны. Недавно он был опубликован в журнале Light: Science & Applications..
«Это новый вид биофизического метода, используемый для измерения сдвига пиковой интенсивности (PIS) спектров, отраженных от биоматериалов на поверхности фотонного кристалла», - сказал Юэ Чжо, постдокторский научный сотрудник Института Бекмана и первый автор. на бумаге. «PIS указывает на изменение размера кластера в области фокальной адгезии клетки, пока она жива».
Предыдущие методы включали маркировку клеток флуоресцентными красителями или метками, которые не только могут изменить физический и химический состав клетки, но также могут оказаться обременительными для исследователей. «Обычно люди смотрят на фокальные спайки с помощью флуоресцентных меток или белков», - сказал Чжоу.«Но флуоресцентная визуализация - это инвазивный метод визуализации, который может изменить конформацию или заблокировать сайты связывания белков в области фокальной адгезии».
Флуоресцентная микроскопия сильно ограничена эффектом, называемым "фотообесцвечиванием", при котором флуорофоры сохраняют свою яркость только в течение нескольких секунд. Однако многие важные клеточные процессы происходят в течение минут, часов или дней. Поскольку PROM не использует флуорофоры, а использует только низкоинтенсивное освещение, нет предела тому, как долго можно измерять живые клетки.
«В будущем мы планируем использовать PROM для изучения дифференцировки стволовых клеток, которая может происходить в течение нескольких недель», - сказал Чжо.
PROM использует поверхность фотонно-кристаллического биосенсора для создания исчезающего поля (электромагнитного поля, связанного с поверхностью), которое избирательно освещает только клеточную мембрану, прикрепленную к ВКМ, и связанные с ней белковые агрегаты непосредственно внутри клеточной мембраны. Фотонный кристалл строго ограничивает боковое распространение света, удерживая свет прочно привязанным к поверхности биосенсора, что позволяет получать изображения с высоким разрешением отпечатка прикрепления клеточной мембраны.
«PROM предоставляет в режиме реального времени информацию о динамических процессах, происходящих конкретно на клеточных мембранах, которая недоступна никаким другим методам», - сказал Брайан Каннингем, профессор электротехники, компьютерной инженерии и биоинженерии и главный исследователь. для проекта ПРОМ. «Поскольку очень многие биологические процессы опосредованы прикреплением клеток к поверхностям, PROM обеспечивает уникальное представление о миграции, хемотаксисе, хемотоксичности, дифференцировке, образовании биопленки и делении. Мы рассматриваем PROM как новый захватывающий инструмент для клеточных биологов, который также может быть применяется для персонализированного выбора противоопухолевых препаратов, тканевой инженерии и сенсорно-интегрированного моделирования опухолей».