Com cromatografia baseada em tamanho, uma matriz hexagonalmente ordenada de nanopartículas de ouro é fabricada em uma membrana híbrida suportada por células vivas. Os componentes da membrana se movem livremente através da matriz, desde que não excedam suas dimensões físicas. Isso revela aspectos organizacionais do ambiente de membrana não observáveis por outras técnicas.
(Phys.org) - Usando tecnologia de nanoponto, Os pesquisadores do Berkeley Lab demonstraram a primeira forma de cromatografia baseada em tamanho que pode ser usada para estudar as membranas de células vivas. Esta abordagem física única para sondar as estruturas da membrana celular pode revelar informações críticas para saber se uma célula vive ou morre, permanece normal ou torna-se canceroso, que não pode ser obtido por meio de microscopia convencional.
"Desenvolvemos plataformas de arranjo de nanopontos incorporados em membrana que fornecem um meio físico para sondar e manipular conjuntos de membrana, incluindo clusters de sinalização, enquanto eles estão funcionando na membrana de uma célula viva, "diz Jay Groves, um químico da Divisão de Biociências Físicas do Berkeley Lab, quem liderou esta pesquisa.
Groves, que também é professor do Departamento de Química da Universidade da Califórnia (UC) Berkeley, e um investigador do Howard Hughes Medical Institute (HHMI), é um líder reconhecido no desenvolvimento de técnicas para estudar o impacto dos padrões espaciais nas células vivas. As membranas sintéticas suportadas por células vivas que ele e seu grupo têm desenvolvido são construídas com lipídios e montadas em um substrato de sílica sólida. Essas membranas estão sendo usadas para determinar como as células vivas não apenas interagem com seu ambiente por meio de sinais químicos, mas também por meio de força física e padrões espaciais.
"Chamamos nossa abordagem de estratégia de mutação espacial porque as moléculas em uma célula podem ser reorganizadas espacialmente sem alterar a célula de qualquer outra forma, "Groves diz." Nossas membranas sustentadas por células vivas fornecem uma interface híbrida que consiste em componentes móveis e imóveis com geometria controlada que nos permite utilizar nanotecnologia de estado sólido para manipular e controlar sistemas moleculares dentro das células vivas. "
Jay Groves. Crédito:Roy Kaltschmidt
Embora o trabalho de Groves e outros nos últimos anos tenha demonstrado a importância da organização espacial de proteínas e lipídios dentro das membranas celulares, detalhes sobre como a organização espacial está ligada à função são escassos principalmente por causa das limitações da microscopia óptica em escalas de comprimento abaixo do limite de difração de 250 nanômetros. A técnica de cromatografia baseada em tamanho desenvolvida por Groves e seu grupo permite que eles investiguem estruturas supramoleculares em uma membrana celular nas escalas de comprimento nanométricas necessárias.
"Agora temos uma maneira de traduzir estruturas nanométricas que se aproximam das dimensões moleculares em restrições geométricas no movimento das moléculas dentro de uma célula viva, "Groves diz.
Por sua técnica de cromatografia baseada em tamanho, o espaçamento de proteínas e outras moléculas celulares é controlado por uma matriz hexagonal ou em forma de favo de mel de nanopartículas de ouro que é fabricada na membrana. O espaçamento entre as nanopartículas em cada matriz pode ser controlado, com tamanhos acessíveis variando de 30 a quase 200 nanômetros.
"Os componentes individuais da membrana se movem livremente por toda a matriz, mas o movimento de conjuntos maiores é impedido se eles excederem as dimensões físicas da matriz, Groves diz.
Groves e seus colegas testaram sua técnica de cromatografia baseada em tamanho em microclusters de receptor de células T (TCR) em membranas de células T, que é o módulo funcional para o reconhecimento do antígeno pelas células T (linfócitos do timo) no sistema imunológico do corpo. Esses clusters de sinalização TCR ocupam um regime de tamanho que varia de dezenas a algumas centenas de nanômetros, que está normalmente abaixo do limite de difração da microscopia óptica convencional. A cromatografia baseada em tamanho foi usada para sondar as propriedades físicas dos aglomerados de sinalização de TCR em função da densidade do antígeno. Os resultados revelaram que o cluster de sinalização de TCR é distintamente dependente da quantidade de antígeno encontrada pela célula.
"Isso é algo que não sabíamos antes sobre o sistema de sinalização de microcluster TCR, que foi bem estudado usando microscopia óptica convencional, "Groves diz." É uma demonstração de prova de princípio que representa outro passo na direção de interface de células vivas com materiais sintéticos para alcançar o controle do nível molecular da célula. "
