Augerova architektonika - Auger architectomics

Augerova architektonika je vědecká zobrazovací technika, která umožňuje biologům pracujícím v oboru nano-technologie, rozkrojit buňky živých organismů, aby si prohlédly a posoudily jejich vnitřní fungování. Použitím argonový plyn leptání k otevření buněk a a rastrovací elektronový mikroskop k vytvoření trojrozměrného pohledu mohou vědci využít tuto techniku ​​ke sledování fungování buněk. To se nejdůležitější používá k posouzení toho, jak buňky reagují na léky, například v oblasti výzkumu rakoviny.

Poprvé to objevil v roce 2010 profesor Lodewyk Kock a jeho tým pracující v biotechnologickém oddělení na Univerzita svobodného státu v Jižní Africe. Tato technika byla převzata z Nano Scanning Auger Microscopy (NanoSAM), což je technika používaná fyzikálními vědci ke studiu povrchových struktur kovů a neživých materiálů, jako jsou polovodiče. Původně navržen k pozorování kvasinkové buňky aby se dozvěděli více o tom, jak vyráběli plyn, který způsobuje růst chleba, vědci zjistili, že tento proces lze použít také k pozorování jiných živých buněk.[1] V roce 2012 byla technika úspěšně aplikována na tkáň lidských buněk.[2]

Dějiny

Projekt byl zahájen na univerzitě Svobodného státu skupinou Kock v roce 1982, přičemž hlavní vstupy a průlomy nastaly v letech 2007 až 2012. Prvotním cílem bylo prozkoumat lipid biochemické cesty, které by v kvasinkách odhalily jedinečné lipidy, a vyvinout nové taxonomie na strukturách těchto lipidů. To se odehrálo ve vývoji anti-mitochondriálního antifungálního testu (systém 3A), kde se používají kvasinkové senzory k indikaci anti-mitochondriální aktivity ve sloučeninách.[1] Cílem těchto sloučenin bylo selektivně vypnout mitochondrie, proto by mohly najít uplatnění v boji proti různým chorobám, jako je plísňové infekce a rakovina. Auger Architectomics, který otevírá jednotlivé buňky pro jejich skenování, může být použit k posouzení účinnosti těchto léků určením, zda lze jedinou buňku „vypnout“ cílenou léčbou.

Na základě vývoje anti-mitochondriálního antifungálního testovacího systému se vědci Univerzity Svobodného státu domnívali, že je potřeba tento systém podrobněji analyzovat. Ve výsledku upravili Nano Scanning Auger Microscopy, techniku ​​používanou ke skenování vlastností kovů ve fyzice, aby ji aplikovali na buňky. Výsledkem byla kombinace elektronové fyziky atomu šneku, elektronové mikroskopie a leptání argonem.[1]

Hlavní výzvou při aplikaci této technologie na biologický materiál bylo vymyslet postup přípravy vzorku, který by zajistil, že atom a 3D struktura zůstanou stabilní, zatímco dojde k nano-leptání argonem. Během NanoSAM rastrovací elektronový mikroskop vizualizace, an paprsek elektronů ve 25 kV místo normálního paprsku 5 kV. Fixace vzorku a musely být vyvinuty a optimalizovány metody dehydratace, aby vyhovovaly NanoSAM bez vytváření zkreslení vzorků. Byly nainstalovány a optimalizovány režimy dehydratace založené na postupech extrakce alkoholu, přičemž byla zahrnuta fixace pomocí různých fixačních prostředků. Elektronová vodivost vzorků po celou dobu leptání argonem bylo zajištěno optimalizovaným zlatem prskání.

Postup

Za prvé, biologický vzorek je pokovené se zlatem ke stabilizaci vnější struktury a zajištění její vodivosti elektronů. Poté se naskenuje v režimu SEM a povrch se vizuálně zvětší. Aplikuje se fyzika elektronů atomu šneku a vybrané oblasti na povrchu vzorku jsou paprsky elektrony. Dopadající paprsek vysune elektron z vnitřku orbitální atomu a ponechává otevřený prostor. To je vyplněno elektronem z vnějšího orbitálu o relaxace. Energie se uvolňuje a způsobuje vysunutí elektronu z vnější orbity. Tento elektron se nazývá Augerův elektron. Množství uvolněné energie se měří pomocí elektronové spektroskopie šneku (AES) a používá se k identifikaci atomu a jeho intenzity. Podobně může být povrchová plocha stíněna elektronovým paprskem, který nakonec získá elektrony šneku, které jsou mapovány, což ukazuje distribuci atomů v různých barvách pokrývajících povrch předem určené velikosti. Dříve promítaný povrch vzorku je leptán argonem, čímž je vystaven nový povrch vzorku, který je poté znovu analyzován. Tímto způsobem je vizualizována trojrozměrná architektura obrazu a složení prvků celé buňky.[1]

Objevy

Tento proces v nanotechnologii vedl k objevu plynových bublin uvnitř kvasinek.[3] Toto je považováno za změna paradigmatu,[1] protože uvnitř žádného typu článku se neočekávají bubliny nahého plynu kvůli strukturované vodě v cytoplazma. To bylo vystaveno v flukonazol -čištěný senzor kvasinek jako bublina Nadsonia. Toto je v současnosti jediná známá technologie, která dokáže provést tento typ nanoanalýzy biologického materiálu.[Citace je zapotřebí ]

Použití v medicíně

Vývoj nanotechnologií v medicíně umožňuje dodávat mikrodávky léků a terapií přímo do infikovaných buněk, místo aby zabíjely velké skupiny buněk, často na úkor zdravých buněk. Zlato na nanoúrovni má schopnost vázat se na určité typy biologického materiálu, což znamená, že lze cílit na určité typy buněk. Technika šnekové architektury může být použita k mapování úspěchu nebo jiného cíleného podávání léku analýzou buněk. Tým na univerzitě Svobodného státu pracuje s Klinika Mayo používat tuto technologii jako součást svého výzkumu rakoviny.[4]

Reference

  1. ^ A b C d E Baird, Bertram (27. května 2013). „Nanotechnologie odhaluje tajemství produkce CO2 v kvasinkových buňkách“. Síť začínajících vědců. Archivovány od originál dne 20. června 2013.
  2. ^ Kock, JL; Swart, CW; Pohl, CH (červen 2011). „Antimitochondriální antifungální test na objev a vývoj nových léků“. Znalecké stanovisko k objevu drog. 6 (6): 671–81. doi:10.1517/17460441.2011.575358. PMID  22646155.
  3. ^ Swart, CW; Dithebe, K; Pohl, CH; Swart, HC; Coetsee, E; van Wyk, PW; Swarts, JC; Lodolo, EJ; Kock, JL (listopad 2012). „Tvorba plynových bublin v cytoplazmě kvasných kvasinek“. Výzkum kvasinek FEMS. 12 (7): 867–9. doi:10.1111 / j.1567-1364.12004.x. PMC  3503256. PMID  23020660.
  4. ^ Univerzita svobodného státu (6. května 2013). „Masivní průlom v rakovině na UFS“. Zdraví24.