Forscher der Zellbiologie an der Universität Tampere und Wissenschaftler der Ohio State University haben einen mikroskopisch kleinen Kraftsensor entwickelt, der Kräfte und Dehnungen auf Proteine in Zellen messen kann. Der Sensor besteht aus einem Gummiband, das seine Farbe ändert, wenn es gedehnt wird, und ist mit Antikörpern verbunden, die an das zu untersuchende Protein binden. Der etwa zwanzig Nanometer große Sensor kann für eine Vielzahl von zellbiologischen Forschungen verwendet werden und Kräfte in verschiedenen Teilen der Zelle messen, wie der Kernmembran und dem Zytoskelett. Diese Technologie hat bereits Interesse in Laboren in Japan, Indien, Norwegen und den Vereinigten Staaten geweckt.

Diese Sensoren können neue Erkenntnisse in die Mechanik von Krankheiten wie Krebs liefern, da Krebszellen beim Wachstum und der Ausbreitung Druck- und Dehnungskräften ausgesetzt sind. Die Studie zu diesen Kraftsensoren wurde im Journal Nature Communications veröffentlicht.

Darüber hinaus haben Forscher der Universität Tampere die Auflösung der Lichtmikroskopie durch die Kombination von Zellbiologie und Signalverarbeitung verbessert. Sie verwendeten eine Technik namens Expansion Mikroskopie, die die Probe physisch vergrößert und so die Visualisierung kleiner Details ermöglicht. Eine Einschränkung dieser Technik besteht jedoch darin, dass kleinere Details zu weniger sichtbaren Molekülen und erhöhtem Rauschen führen. Um dies zu überwinden, haben die Forscher die Zielproteine mehrfach markiert, um ihre Helligkeit zu verbessern und mehr Informationen zu erhalten. Sie entfernten auch rechnerisch das Rauschen aus den Bildern. Diese Technik ist besonders nützlich für die Untersuchung kleiner Details wie der Struktur des 120-Nanometer-Herpesvirus. Die Studie zu dieser verbesserten Mikroskopie-Technik wurde im Journal Molecular Biology of the Cell veröffentlicht.

Beide Studien wurden vom Forschungsrat Finnland finanziert und an der Universität Tampere durchgeführt.

Einführung

In jüngsten Durchbrüchen haben Zellbiologieforscher an der Universität Tampere und Wissenschaftler der Ohio State University einen mikro-großen Kraftsensor entwickelt, der Kräfte und Spannungen auf Proteinen innerhalb von Zellen messen kann. Dieser Sensor hat das Potenzial, neue Erkenntnisse über die Mechanik von Krankheiten wie Krebs zu liefern. Zusätzlich hat ein Team an der Universität Tampere die Auflösung der Lichtmikroskopie verbessert, was die Visualisierung kleiner Details ermöglicht.

Mikro-großer Kraftsensor

Der von Forschern entwickelte mikro-große Kraftsensor besteht aus einem Gummiband, das die Farbe ändert, wenn es gedehnt wird. Es ist mit Antikörpern verbunden, die an das untersuchte Protein binden. Mit einer Größe von etwa zwanzig Nanometern bietet dieser Sensor ein vielseitiges Werkzeug für die Zellbiologie-Forschung. Er hat die Fähigkeit, Kräfte in verschiedenen Teilen der Zelle wie der Kernmembran und dem Zytoskelett zu messen. Diese Innovation stößt auf Interesse von Laboratorien in Japan, Indien, Norwegen und den Vereinigten Staaten.

Anwendungen in der Krankheitsforschung

Krebszellen erleben kompressive und dehnende Kräfte, während sie wachsen und sich ausbreiten. Durch die Verwendung des mikro-großen Kraftsensors können Forscher neue Erkenntnisse über die Mechanik von Krebs gewinnen und das Verhalten dieser Zellen besser verstehen. Dieses Wissen kann zu bedeutenden Fortschritten bei der Krebsbehandlung und -prävention führen.

Verbesserung der Auflösung in der Lichtmikroskopie

Das Team an der Universität Tampere hat die Auflösung der Lichtmikroskopie durch die Kombination von Fachwissen in Zellbiologie und Signalverarbeitung verbessert. Dieser Durchbruch wurde durch eine Technik namens Expansionsmikroskopie erreicht, bei der die Probe physisch vergrößert wird, um die Visualisierung kleiner Details zu ermöglichen.

Überwindung von Einschränkungen durch multiple Markierung

Die Expansionsmikroskopie ist durch kleinere Details begrenzt, was zu weniger sichtbaren Molekülen und erhöhtem Rauschen führt. Um diese Einschränkung zu überwinden, haben die Forscher die Zielproteine mehrfach markiert, um ihre Helligkeit zu erhöhen und mehr Informationen zu liefern. Sie konnten auch rechnerisch das Rauschen aus den Bildern entfernen und die Auflösung weiter verbessern. Diese verbesserte Mikroskopietechnik ist besonders nützlich für die Untersuchung der Struktur kleiner Details wie des 120 Nanometer großen Herpesvirus.

Schlussfolgerung

Sowohl die Durchbrüche bei mikro-großen Kraftsensoren als auch bei der Verbesserung der Auflösung in der Lichtmikroskopie haben das Potenzial, die Zellbiologie-Forschung zu revolutionieren. Diese Fortschritte, die von der Forschungsrat Finnlands finanziell unterstützt wurden, wurden an der Universität Tampere durchgeführt. Mit der Möglichkeit, Kräfte und Spannungen auf Proteinen innerhalb von Zellen zu messen und kleine Details mit verbesserter Auflösung zu visualisieren, können Forscher neue Entdeckungen und Erkenntnisse über die Mechanik von Krankheiten und zellulären Prozessen gewinnen.

Quelle

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