Alat dapat memungkinkan untuk pemahaman yang lebih baik untuk penyakit yang mempengaruhi otak, terapi regeneratif – Sains Terkini

Sejak deskripsi pertama Robert Hooke tentang sel dalam Micrographia 350 tahun yang lalu, mikroskop telah memainkan peran penting dalam memahami aturan-aturan kehidupan.

Namun, fitur terkecil yang dapat diatasi, resolusinya, dibatasi oleh sifat gelombang cahaya. Penghalang berusia seabad ini telah membatasi pemahaman tentang fungsi seluler, interaksi dan dinamika, terutama pada skala sub-mikron hingga nanometer.

Mikroskopi fluoresensi super-resolusi mengatasi batas mendasar ini, menawarkan hingga sepuluh kali lipat peningkatan dalam resolusi, dan memungkinkan para ilmuwan untuk memvisualisasikan kerja dalam sel dan biomolekul pada resolusi spasial yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Namun, kemampuan penyelesaian seperti itu terhambat ketika mengamati spesimen seluruh sel atau jaringan, seperti yang sering dianalisis selama studi kanker atau otak. Sinyal cahaya, yang dipancarkan dari molekul di dalam spesimen, melakukan perjalanan melalui berbagai bagian sel atau struktur jaringan pada kecepatan yang berbeda dan menghasilkan penyimpangan, yang akan merusak gambar.

Sekarang, peneliti Universitas Purdue telah mengembangkan teknologi baru untuk mengatasi tantangan ini.


"Teknologi kami memungkinkan kami mengukur distorsi muka gelombang yang disebabkan oleh spesimen, baik sel atau jaringan, langsung dari sinyal yang dihasilkan oleh molekul tunggal – sumber cahaya kecil yang melekat pada struktur seluler yang menarik," kata Fang Huang, asisten profesor teknik biomedis di Purdue's College of Engineering. "Dengan mengetahui distorsi yang diinduksi, kita dapat menentukan posisi molekul individu dengan presisi dan akurasi tinggi. Kami memperoleh ribuan hingga jutaan koordinat molekul individu dalam sel atau volume jaringan dan menggunakan koordinat ini untuk mengungkap arsitektur skala nano dari konstituen spesimen. "

Teknologi tim Purdue baru-baru ini dipublikasikan di Metode Alam.

"Selama pencitraan tiga-resolusi super-dimensi, kami mencatat ribuan hingga jutaan pola emisi molekul fluoresen tunggal," kata Fan Xu, rekan pascadoktoral di lab Huang dan penulis pendamping pertama publikasi. "Pola emisi ini dapat dianggap sebagai pengamatan acak pada berbagai posisi aksial yang diambil sampel dari fungsi penyebaran titik 3D yang mendasari bentuk pola emisi ini pada kedalaman berbeda, yang ingin kami ambil. Teknologi kami menggunakan dua langkah: penugasan dan pembaruan, untuk secara iteratif mengambil distorsi muka gelombang dan respons 3D dari dataset molekul tunggal yang direkam yang berisi pola emisi molekul di lokasi yang sewenang-wenang. "

Teknologi Purdue memungkinkan menemukan posisi biomolekul dengan ketelitian hingga beberapa nanometer di dalam seluruh sel dan jaringan dan karenanya, menyelesaikan arsitektur seluler dan jaringan dengan resolusi tinggi dan kesetiaan.

"Kemajuan ini memperluas penerapan rutin mikroskop super-resolusi dari target seluler terpilih di dekat penutup ke target intra dan ekstra seluler di dalam jaringan," kata Donghan Ma, seorang peneliti postdoctoral di lab Huang dan penulis pendamping pertama publikasi. . "Kapasitas visualisasi yang baru ditemukan ini memungkinkan pemahaman yang lebih baik untuk penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer, dan banyak penyakit lain yang memengaruhi otak dan berbagai bagian di dalam tubuh."

National Institutes of Health memberikan dukungan besar untuk penelitian ini.

Anggota lain dari tim peneliti termasuk Gary Landreth, seorang profesor dari Fakultas Kedokteran Universitas Indiana; Sarah Calve, seorang profesor teknik biomedis di Purdue's College of Engineering (saat ini seorang profesor teknik mesin di University of Colorado Boulder); Peng Yin, seorang profesor dari Harvard Medical School; dan Alexander Chubykin, asisten profesor ilmu biologi di Purdue. Daftar lengkap penulis dapat ditemukan di Metode Alam.

"Kemajuan teknis ini mengejutkan dan pada dasarnya akan mengubah ketepatan dengan mana kami mengevaluasi fitur patologis penyakit Alzheimer," kata Landreth. "Kami dapat melihat benda yang lebih kecil dan lebih kecil dan interaksinya satu sama lain, yang membantu mengungkapkan kompleksitas struktur yang belum kami hargai sebelumnya."


Calve mengatakan teknologi ini merupakan langkah maju dalam terapi regeneratif untuk membantu mempromosikan perbaikan di dalam tubuh.

"Perkembangan ini sangat penting untuk memahami biologi jaringan dan mampu memvisualisasikan perubahan struktural," kata Calve.

Chubykin, yang labnya berfokus pada autisme dan penyakit yang mempengaruhi otak, mengatakan teknologi pencitraan beresolusi tinggi menyediakan metode baru untuk memahami gangguan pada otak.

"Ini adalah terobosan luar biasa dalam hal analisis fungsional dan struktural," kata Chubykin. "Kita dapat melihat pandangan yang jauh lebih rinci tentang otak dan bahkan menandai neuron spesifik dengan alat genetik untuk studi lebih lanjut."

Tim bekerja dengan Kantor Komersialisasi Purdue Research Foundation untuk mematenkan teknologi. Kantor baru-baru ini pindah ke Pusat Konvergensi untuk Inovasi dan Kolaborasi di Discovery Park District, berdekatan dengan kampus Purdue.

Video yang menunjukkan resolusi tinggi 3D animasi tersedia di https://youtu.be/c9j621vUFBM.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.