Zellsekretion wie nie zuvor sehen

Wir haben kürzlich die atemberaubenden Bilder entfernter Galaxien gesehen, die vom James-Webb-Teleskop enthüllt wurden, die zuvor nur als verschwommene Flecken sichtbar waren. Forscher der Washington University in St. Louis haben eine neuartige Methode zur Visualisierung der von Zellen ausgeschiedenen Proteine ​​mit atemberaubender Auflösung entwickelt, die es zur James-Webb-Version zur Visualisierung der Proteinausscheidung einzelner Zellen macht.

Die Forscher unter der Leitung von Srikanth Singamaneni, dem Lilyan & E. Lisle Hughes-Professor für Maschinenbau und Materialwissenschaften an der McKelvey School of Engineering, und Anushree Seth, einem ehemaligen Postdoktoranden in Singamanenis Labor, entwickelten den FluoroDOT-Test, den sie einführten ein Paper am 5. August 2022 in der Zeitschrift Cell Reports-Methoden. Der hochempfindliche Assay ist in der Lage, Proteine, die von einer einzelnen Zelle sekretiert werden, in etwa 30 Minuten zu sehen und zu messen.

In Zusammenarbeit mit Forschern der Washington University School of Medicine und anderen Universitäten fanden sie heraus, dass der FluoroDOT-Assay vielseitig, kostengünstig und an jede Laborumgebung anpassbar ist und das Potenzial hat, einen umfassenderen Einblick in diese Proteine ​​zu bieten als der weit verbreitete bestehende Assays. Biomedizinische Forscher suchen in diesen sekretierten Proteinen unter anderem nach Informationen über die Zell-zu-Zell-Kommunikation, Zellsignalisierung, Aktivierung und Entzündung, aber bestehende Methoden sind in ihrer Empfindlichkeit begrenzt und die Verarbeitung kann bis zu 24 Stunden dauern.

Was den FluoroDOT-Assay von bestehenden Assays unterscheidet, ist die Verwendung eines Plasmonenfluores, einer plasmonenverstärkten Nanomarkierung, die im Labor von Singamaneni entwickelt wurde und 16.000-mal heller ist als herkömmliche Fluoreszenzmarkierungen und ein fast 30-mal höheres Signal-Rausch-Verhältnis aufweist .

„Plasmonic-Fluores bestehen aus Metallnanopartikeln, die als Antenne dienen, um das Licht anzuziehen und die Fluoreszenzemission von molekularen Fluorophoren zu verstärken, wodurch sie zu ultrahellen Nanopartikeln werden“, sagte Singamaneni.

Diese ultrahelle Emission von Plasmon-Fluor ermöglicht es dem Benutzer, extrem kleine Mengen an sekretiertem Protein zu sehen, was in bestehenden Assays nicht möglich ist, und die hochauflösenden Signale digital unter Verwendung der Anzahl der Partikel oder des Punktmusters pro Cluster zu messen. oder Spot, mit einem benutzerdefinierten Algorithmus. Außerdem ist keine spezielle Ausrüstung erforderlich. Singamaneni und seine Mitarbeiter veröffentlichten ihre Arbeit mit dem Plasmonen-Fluor erstmals in Natur Biomedizinische Technik im Jahr 2020.

Die zum Patent angemeldete plasmonische Fluortechnologie ist vom Office of Technology Management der Washington University in St. Louis an Auragent Bioscience LLC lizenziert.

„Mit einem einfachen Fluoreszenzmikroskop können wir gleichzeitig eine Zelle zusammen mit der räumlichen Verteilung der um sie herum abgesonderten Proteine ​​abbilden“, sagte Seth, der als Postdoktorand in Singamanenis Labor an diesem Projekt gearbeitet hat und weiterhin daran arbeitet ein leitender Wissenschaftler (zelluläre Anwendungen) für Auagent Bioscience. „Wir haben interessante Sekretionsmuster für verschiedene Zelltypen gesehen. Dieser Assay ermöglicht auch die gleichzeitige Visualisierung von zwei Arten von Proteinen aus einzelnen Zellen. Wenn mehrere Zellen denselben Stimuli ausgesetzt werden, können wir die Zellen unterscheiden, die zwei Proteine ​​gleichzeitig sezernieren Zeit von denen, die nur ein Protein oder gar kein Protein sezernieren.“

Um die Technologie zu validieren, verwendete das Team Proteine, die sowohl von menschlichen als auch von Mauszellen abgesondert wurden, einschließlich Immunzellen, die mit Mycobacterium tuberculosis infiziert waren.

Einer der Mitarbeiter und Co-Autoren, Jennifer A. Philips, MD, Ph.D., Theodore und Bertha Bryan Professor in den Abteilungen für Medizin und Molekulare Mikrobiologie und Co-Direktor der Abteilung für Infektionskrankheiten in der School of Medicine , hat den FluoroDOT-Assay in ihrem Labor verwendet.

„Wenn Mycobacterium tuberculosis Immunzellen infiziert, reagieren diese Zellen, indem sie wichtige Immunproteine, sogenannte Zytokine, absondern“, sagte Philips. „Aber nicht alle Zellen reagieren auf die gleiche Weise auf Infektionen. Mit dem FluoroDOT-Assay konnten wir sehen, wie einzelne Zellen in einer Population auf Infektionen reagieren – um zu sehen, welche Zellen sezernieren und in welche Richtung. Dies war mit der älteren Technologie nicht möglich.“