माइक्रोस्कोपी से कोशिकाओं और ऊतकों में छिपे हुए नैनोस्ट्रक्चर का पता चलता है

प्रोटीन और अन्य अणु अक्सर होते हैं जीवित कोशिकाएंइन घने समूहों की छवि बनाना मुश्किल हो सकता है क्योंकि उन्हें देखने के लिए उपयोग किए जाने वाले फ्लोरोसेंट लेबल अणुओं के बीच नहीं मिल सकते हैं।

एमआईटी के शोधकर्ताओं ने इस सीमा को पार कर लिया है और ‘अदृश्य’ अणुओं को दृश्यमान बनाने के लिए एक नई विधि विकसित की है। उनकी तकनीक अणुओं को लेबल करने से पहले सेल या ऊतक के नमूने को बढ़ाकर ‘भीड़’ करने की अनुमति देती है, जिससे फ्लोरोसेंट टैग अधिक सुलभ हो जाते हैं।

यह विधि व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक पर आधारित है जिसे आवर्धन माइक्रोस्कोपी के रूप में जाना जाता है, जिसे पहले एमआईटी में विकसित किया गया था, और वैज्ञानिकों को पहले अनदेखी आणविक और सेलुलर संरचनाओं की कल्पना करने की अनुमति देनी चाहिए।

एडवर्ड बॉयडेन कहते हैं, “यह स्पष्ट हो रहा है कि विस्तार प्रक्रिया कई नई जैविक खोजों को प्रकट करेगी। जीवविज्ञानी और चिकित्सक मस्तिष्क और अन्य जैविक नमूनों में प्रोटीन का अध्ययन कर रहे हैं, मान लीजिए कि आपके पास संकेत हैं, तो वे सभी श्रेणियों की घटनाओं को याद कर रहे हैं।” एडवर्ड बॉयडेन न्यूरोटेक्नोलॉजी के वाई। ईवा टैन प्रोफेसर, एमआईटी में बायोइंजीनियरिंग और ब्रेन एंड कॉग्निटिव साइंसेज के प्रोफेसर और हॉवर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट के एक अन्वेषक और सदस्य हैं। वह एमआईटी के मैकगवर्न इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन रिसर्च और कोच इंस्टीट्यूट फॉर इंटीग्रेटेड कैंसर रिसर्च के शोधकर्ता हैं।

इस तकनीक का उपयोग करते हुए, बॉयडेन और उनके सहयोगियों ने दिखाया कि न्यूरोनल सिनेप्स में पाए जाने वाले नैनोस्ट्रक्चर की नकल की जा सकती है। उन्होंने अल्जाइमर रोग से जुड़े अमाइलॉइड-बीटा सजीले टुकड़े की संरचना को यथासंभव विस्तार से चित्रित किया।

मीडिया लैब में सहायक प्रोफेसर और अध्ययन के प्रमुख लेखकों में से एक देबलीना सरकार ने कहा: .

इस अध्ययन के वरिष्ठ लेखक बॉयडेन हैं। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी पिकोवर लर्निंग एंड मेमोरी इंस्टीट्यूट के निदेशक ली-हुई त्साई। थॉमस ब्लैंकपीयर, मैरीलैंड विश्वविद्यालय में शरीर विज्ञान के प्रोफेसर; अन्य प्रमुख लेखकों में एमआईटी पोस्टडॉक जिनयॉन्ग कांग और हाल ही में एमआईटी पीएचडी अस्मामा वासी शामिल हैं।यी शोध नेचर बायोमेडिकल इंजीनियरिंग.

भीड़ से राहत

कोशिकाओं के भीतर विशिष्ट प्रोटीन या अन्य अणुओं को चित्रित करने के लिए, उन्हें फ्लोरोसेंट टैग के साथ लेबल किया जाना चाहिए जो एंटीबॉडी द्वारा किए जाते हैं जो लक्ष्य से बंधे होते हैं। एंटीबॉडी लगभग 10 नैनोमीटर लंबाई के होते हैं, जबकि विशिष्ट सेलुलर प्रोटीन आमतौर पर लगभग 2-5 नैनोमीटर व्यास के होते हैं। इसलिए, यदि लक्ष्य प्रोटीन बहुत अधिक भीड़ में है, तो एंटीबॉडी उस तक नहीं पहुंच सकती है।

यह पारंपरिक इमेजिंग और मूल रूप से बॉयडेन द्वारा विकसित आवर्धक माइक्रोस्कोप के मूल संस्करण के लिए एक बाधा थी। विकसित 2015 में। आवर्धक सूक्ष्मदर्शी के मूल संस्करण में, शोधकर्ताओं ने ऊतक को बढ़ाने से पहले ब्याज के अणुओं के लिए फ्लोरोसेंट लेबल संलग्न किए। लेबलिंग पहले की गई थी क्योंकि नमूने में प्रोटीन को काटने के लिए एंजाइमों का उपयोग किया जाना था ताकि ऊतक का विस्तार किया जा सके। इसका मतलब यह था कि ऊतक के विस्तार के बाद प्रोटीन को लेबल नहीं किया जा सकता था।

उस बाधा को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं को प्रोटीन को बरकरार रखने और ऊतक का विस्तार करने का एक तरीका खोजना पड़ा। एंजाइमों के बजाय, ऊतक को नरम करने के लिए गर्मी का उपयोग किया गया था, जिससे इसे नष्ट किए बिना 20 गुना विस्तार करने की इजाजत दी गई। अलग किए गए प्रोटीन को विस्तार के बाद फ्लोरोसेंट टैग के साथ लेबल किया जा सकता है।

लेबलिंग के लिए इतने सारे प्रोटीन उपलब्ध होने के कारण, शोधकर्ता सिनेप्स के भीतर छोटे सेलुलर संरचनाओं की पहचान करने में सक्षम हुए हैं – प्रोटीन से भरे न्यूरॉन्स के बीच संबंध। उन्होंने सात अलग-अलग सिनैप्टिक प्रोटीनों को लेबल और इमेज किया, जिससे उन्हें विस्तार से “नैनोकॉलम” की कल्पना करने की अनुमति मिली, जिसमें अन्य सिनैप्टिक प्रोटीन के साथ गठबंधन कैल्शियम चैनल शामिल थे। ये नैनोकॉलम, जिन्हें मदद करने के लिए माना जाता है

“इस तकनीक का उपयोग न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों में शामिल सिनैप्टिक प्रोटीन की शिथिलता के बारे में कई जैविक सवालों के जवाब देने के लिए किया जा सकता है,” कांग कहते हैं। “अब तक, कोई भी उपकरण synapses को अच्छी तरह से देखने में सक्षम नहीं हुआ है।”

नया पैटर्न

शोधकर्ताओं ने बीटा-एमिलॉइड की छवि बनाने के लिए नई तकनीक का भी इस्तेमाल किया, एक पेप्टाइड जो अल्जाइमर रोगियों के दिमाग में प्लाक बनाता है। माउस ब्रेन टिश्यू का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने पाया कि अमाइलॉइड-बीटा आवधिक नैनोक्लस्टर बनाता है जो पहले कभी नहीं देखे गए हैं। इन अमाइलॉइड-बीटा समूहों में पोटेशियम चैनल भी होते हैं। शोधकर्ताओं ने अमाइलॉइड बीटा अणुओं की भी खोज की है जो अक्षतंतु के साथ पेचदार संरचनाएं बनाते हैं।

एमआईटी स्नातक छात्र मार्गरेट श्रोएडर, जो पेपर के लेखक भी हैं, कहते हैं, “कागज इस बारे में कोई अनुमान नहीं लगाता है कि जीव विज्ञान का क्या अर्थ हो सकता है, लेकिन यह दिखाता है कि यह मौजूद है। यह नए पैटर्न का सिर्फ एक उदाहरण है जिसे हम देख सकते हैं।” .

सरकार का कहना है कि इस तकनीक से पता चलता है कि वह नैनोस्केल बायोमोलेक्यूलर पैटर्न से रोमांचित है। “नैनोइलेक्ट्रॉनिक में पृष्ठभूमि होने के कारण, मैंने इलेक्ट्रॉनिक चिप्स विकसित किए हैं जिन्हें बहुत सटीक संरेखण की आवश्यकता होती है। नैनोफैबलेकिन यह वास्तव में आश्चर्यजनक है कि मदर नेचर हमारे दिमाग में नैनोस्केल परिशुद्धता के साथ बायोमोलेक्यूल्स को संरेखित करता है,” वह कहती हैं।

बॉयडेन और उनके समूह के सदस्य वर्तमान में पार्किंसंस रोग और अन्य बीमारियों से जुड़े प्रोटीन समुच्चय जैसे सेलुलर संरचनाओं का अध्ययन करने के लिए अन्य प्रयोगशालाओं के साथ सहयोग कर रहे हैं। हम रोगजनकों का अध्ययन करते हैं जो कोशिकाओं और अणुओं को संक्रमित करते हैं जो कि बॉयडेन कहते हैं, इन अध्ययनों के प्रारंभिक परिणाम भी नई संरचनाओं को प्रकट करते हैं।

“बार-बार, मैं ऐसी चीजें देखता हूं जो वास्तव में चौंकाने वाली हैं,” वे कहते हैं। “इससे पता चलता है कि पारंपरिक गैर-आवर्धक दागों में कितनी कमी है।”

शोधकर्ता तकनीक को संशोधित करने के लिए भी काम कर रहे हैं ताकि यह एक बार में 20 प्रोटीन तक की छवि बना सके। वे मानव ऊतक के नमूनों के साथ प्रयोग के लिए प्रक्रिया को अपनाने पर भी काम कर रहे हैं।

इस बीच, सरकार और उनकी टीम छोटे, वायरलेस तरीके से संचालित नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण विकसित कर रहे हैं जिन्हें मस्तिष्क में वितरित किया जा सकता है। वे इन उपकरणों को विस्तारित डिस्प्ले के साथ एकीकृत करने की योजना बना रहे हैं। “यह हमें मस्तिष्क की एक एकीकृत कार्यात्मक और संरचनात्मक समझ हासिल करने के लिए संवर्धित तकनीकों की नैनोस्कोपी शक्ति के साथ नैनोइलेक्ट्रॉनिक की बुद्धिमत्ता को संयोजित करने की अनुमति देता है,” सरकार कहते हैं।

ऐनी ट्रैफ्टन द्वारा लिखित

चटनी: मेसाचुसेट्स प्रौद्योगिक संस्थान