2023 Avtor: Sophia Otis | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-05-21 01:53
Raziskovalci na Univerzi v Rochesterju so razvili novo optično tehniko, ki omogoča hitro analizo posameznih človeških imunskih celic z uporabo samo svetlobe.
Razpoložljivost takšne tehnike pomeni, da bodo imunologi in drugi celični raziskovalci kmalu lahko opazovali odzive posameznih celic na različne dražljaje, namesto da bi se zanašali na združene statistične podatke iz velikih celičnih populacij. Do zdaj znanstveniki niso imeli neinvazivnega načina, da bi videli, kako se človeške celice, kot so celice T ali rakave celice, aktivirajo posamezno in se sčasoma razvijajo.
Kot je bilo objavljeno 1. aprila v posebni biomedicinski številki Applied Optics, je to prvič, da so bile jasne razlike med dvema vrstama imunskih celic opažene z uporabo mikroskopskega sistema, ki zbira kemijske in strukturne informacije s kombinacijo dveh prej ločenih optičnih tehnike, pravi višji avtor Andrew Berger, izredni profesor za optiko na Univerzi v Rochesterju.
Berger in njegov podiplomski študent Zachary Smith sta prva, ki sta integrirala ramansko mikroskopijo in mikroskopijo kotnega sipanja v en sam sistem, ki ga imenujeta IRAM.
"Konceptualno je precej preprosto - na svoj vzorec osvetlite določeno valovno dolžino svetlobe in dobite nazaj veliko število vrhov, ki se razprostirajo kot mavrica," pravi Berger. "Vrhovi vam povedo, kako vibrirajo molekule, ki jih preučujete, in vibracije vam skupaj dajejo kemijske informacije."
Po Smithu je "Ramanova spektroskopija v bistvu enostaven način za pridobivanje prstnega odtisa iz molekule."
Informacije o strukturi se istočasno zbirajo s preučevanjem kotov, pod katerimi se svetloba, ki pada na vzorec, odbije od prvotne smeri.
Kemične in strukturne informacije skupaj zagotavljajo podatke, potrebne za razvrstitev in razlikovanje med dvema različnima posameznima celicama. Berger in Smith sta to preverila z ogledom posameznih granulocitov – vrste belih krvnih celic – in monocitov periferne krvi.
"Eden od velikih plusov našega sistema je, da gre za pristop brez označevanja za preučevanje živih celic," pravi Berger.
IRAM se razlikuje od večine standardnih postopkov, kjer se markerji vstavijo v celice ali pritrdijo nanje. Če se oznaka prilepi na eno celico in ne na drugo, lahko na podlagi specifičnih lastnosti vezave ugotovite, katera celica je katera.
Medtem ko so markerji pogosto primerni za preučevanje celic v eni točki, je spremljanje celice skozi čas, ko se spreminja, bolj problematično, saj lahko označevalec vpliva na dinamične celične aktivnosti, kot je membranski transport. In notranji označevalci dejansko vključujejo luknjanje v membrani, ki pri tem poškoduje ali ubije celico.
"Naša metoda uporablja samo svetlobo, da učinkovito doseže notranjost celice," pravi Smith. "Notranje razlike v celici lahko razvrstimo, ne da bi jo odpirali, ji karkoli pritrdili ali jo pripravili na kakršen koli poseben način. V resnici je samo obrniti stikalo."
Kljub temu, da je sorazmerno intenzivna, svetloba, uporabljena z IRAM, ne škoduje ali zavira normalne funkcionalnosti celic. To je zato, ker je valovno dolžino svetlobe mogoče natančno kalibrirati, da zmanjšamo absorpcijo s strani celic. Bližnji infrardeči spekter se je izkazal za posebej optimalnega, saj omogoča prehod skoraj vse svetlobe skozi celice.
Z razpoložljivostjo tehnike, pri kateri meritev ne spremeni celične aktivnosti, bodo znanstveniki lahko bolje opazovali odzive posameznih celic na dražljaje, za katere Berger in Smith domnevata, da imajo lahko daljnosežne posledice za trenutno razumevanje aktivacije celic in razvoj.
"V skupnosti za zaznavanje celic je trenutno precej vroče področje, da ugotovimo, kako analizirati aktivacijske odzive na podlagi celic za celico," pravi Berger. "Če bi bile posamezne informacije na voljo poleg obstoječih podatkov ansambla, bi imeli boljše razumevanje imunskih odzivov."
Izpopolnjevanje IRAM-a je bilo do zdaj odskočna deska. Zdaj, ko je mogoče razlikovati posamezne celice, Berger in Smith dejavno bolj eksplicitno raziskujeta aktivacijske procese. Predhodni poskusi IRAM, izvedeni na celicah T, so razkrili opazne razlike med začetnim stanjem mirovanja celice T in njenim stanjem po srečanju z napadalcem.
Naslednji korak bo uporaba IRAM-a za stalno zbiranje podatkov, tako da lahko znanstveniki učinkovito opazujejo, kako se posamezne celice aktivirajo in reagirajo na dražljaje v realnem času. Sposobnost vedeti ne le o skupnih odzivih celic, ampak tudi opazovati najzgodnejše spremembe med posameznimi celicami, je lahko zelo pomembna na časovno kritičnih področjih, kot so raziskave raka in imunologija..
"Med raziskovalci celic obstaja očitna želja, da bi lahko dostavili nadzorovan stimulans v eno celico in nato preučili njen odziv skozi čas," pravi Berger."Klinična spoznanja, ki se lahko pojavijo, so trenutno na področju špekulacij. Ne bomo vedeli, dokler ne bomo zmogli - in zdaj lahko."
