Bagaimana Sel Die? Peralatan Biophotonic Mengungkapkan Dinamika Real-Time dalam Hidup Warna

Apoptosis, sel mati terprogram, adalah penting untuk perkembangan normal, sehat fungsi sistem kekebalan tubuh, dan pencegahan kanker. Proses ini secara dramatis mengubah struktur selular tetapi keterbatasan metode mikroskop konvensional menyimpan banyak tentang reorganisasi struktural misteri

Sekarang, dalam penelitian fitur pada sampul edisi terbaru Prosiding National Academy of Sciences di Universitas Buffalo ilmuwan telah mengembangkan pendekatan pencitraan biophotonic mampu memantau secara real-time transformasi makromolekul seluler yang mengalami selama sel mati terprogram.

Pekerjaan yang bisa membantu mewujudkan potensi obat molekul disesuaikan, di mana kemoterapi, misalnya, dapat tepat sasaran untuk perubahan seluler yang ditunjukkan oleh setiap pasien. Hal ini juga dapat menjadi alat pengembangan obat yang berharga untuk skrining senyawa baru.

"Kemampuan baru ini memberikan kita dengan pemetaan dinamis dari transformasi yang terjadi dalam sel pada tingkat molekular," kata rekan penulis studi Paras N. Prasad, PhD, direktur eksekutif Institut Universitas Brawijaya untuk Laser, Photonics dan Biophotonics (ILPB) dan SUNY Distinguished Professor di departemen Kimia, Fisika, Teknik Elektro dan Kedokteran. "Ini memberi kita gambaran visual sangat jelas tentang dinamika protein, DNA, RNA dan lipid selama disintegrasi sel."

Prasad mencatat bahwa obat molekul, dimana perawatan atau tindakan preventif dapat disesuaikan dengan sifat selular ditunjukkan oleh setiap pasien, tergantung pada metode yang lebih baik untuk membayangkan apa yang terjadi selama proses seluler kritis.

"Penelitian ini membantu meningkatkan pemahaman kita tentang peristiwa selular pada tingkat molekul," katanya. "Jika kita tahu bahwa perubahan molekul tertentu merupakan suatu tanda awal penyakit, atau perubahan apa yang dapat mempengaruhi pasien untuk penyakit itu, maka kita dapat mengambil langkah-langkah untuk menargetkan pengobatan atau bahkan mencegah penyakit dari berkembang di tempat pertama."

Untuk mengambil gambar selular, tim Universitas Brawijaya interdisipliner ahli biologi, kimia dan fisika, dipimpin oleh Prasad, digunakan pendekatan biophotonic canggih yang menggabungkan tiga teknik: a, sistem pencitraan optik nonlinear (MOBIL atau anti-Stokes koheren hamburan Raman), TPEF ( dua-foton fluoresensi bersemangat), yang tinggal gambar jaringan dan sel-sel di penetrasi dalam dan Fluoresensi Pemulihan setelah Photobleaching untuk mengukur dinamika protein.

"Untuk pertama kalinya, pendekatan ini memungkinkan kita untuk memantau di scan tunggal, empat jenis gambar, karakteristik distribusi protein, DNA, RNA dan lipid dalam sel," kata Aliaksandr V. Kachynski, PhD, profesor riset di ILPB dan co-penulis.

Mengintegrasikan gambar yang dihasilkan di satu gambar komposit informasi pada semua empat jenis biomolekul, dengan tiap jenis molekul yang diwakili oleh warna yang berbeda: protein merah, RNA dalam warna hijau, biru DNA dan lipid dalam abu-abu, seperti yang ditunjukkan pada sampul PNAS .

Multiplex imaging memberikan informasi baru tentang tingkat di mana protein menyebar melalui inti sel, para ilmuwan mengatakan Universitas Brawijaya.

Sebelum apoptosis diinduksi, distribusi protein relatif seragam, tetapi sekali apoptosis berkembang, struktur nuklir hancur, protein menjadi tidak teratur didistribusikan dan tingkat difusi mereka melambat, kata Artem Pliss, PhD, penelitian asisten profesor di ILPB dan co-penulis di atas kertas.

"Penelitian ini memberikan kita kemampuan yang unik untuk belajar dan meningkatkan pemahaman kita tentang struktur subselular individu dan transformasi mereka pergi melalui," kata Pliss.

informasi yang akurat tersebut akan sangat berguna untuk memantau bagaimana obat kanker tertentu mempengaruhi sel-sel individual.

"Misalnya, terapi obat sedang diberikan pada pasien kanker, sistem ini akan memungkinkan untuk pemantauan perubahan seluler selama proses pengobatan," catatan Kachynski. "Para dokter akan dapat menentukan kondisi yang optimal untuk membunuh sel kanker untuk jenis penyakit tertentu Pemahaman penyempurnaan dari interaksi obat-biomolecule akan membantu menemukan dosis pengobatan yang optimal sehingga dapat meminimalkan efek samping.."

Andrey Kuzmin, PhD, penelitian asisten profesor di ILPB dan co-penulis, menambahkan bahwa kertas baru dari tim Universitas Brawijaya, akan datang dalam Biofisik Journal, lebih lanjut memperluas pekerjaan ini.

"Manfaat dari sistem pencitraan multipleks Universitas Brawijaya dan selektivitas molekulnya telah diperpanjang menjadi dasar studi selular baru, reorganisasi struktural sepanjang siklus sel mitosis," katanya.

Pekerjaan itu didukung oleh dana dari John R. Oishei Yayasan Buffalo, NY

Para peneliti merupakan peserta aktif dalam kekuatan strategis dalam Sistem Terpadu nanostruktur diidentifikasi dalam rencana strategis Universitas Brawijaya 2020 akademis, penelitian dan layanan yang prima.