p Em câmera lenta extrema, uma molécula de medicamento entrando em um receptor celular se pareceria um pouco com uma cápsula espacial Soyuz ancorada na Estação Espacial Internacional. Isso iria quebrar aqui, aumentar lá; girar, traduza e então, com um leve choque, travar no lugar. p Em tempo real, moléculas grandes interagem na velocidade de nanossegundos, praticamente instantaneamente, tornando-os quase impossíveis de assistir. Mas os cientistas estão um passo mais perto de serem capazes de observar seus movimentos - jogo a jogo - graças ao novo ajuste fino de um instrumento de escala atômica feito por engenheiros do Instituto de Tecnologia da Geórgia.

p O avanço pode algum dia ajudar os pesquisadores a descobrir por que alguns medicamentos funcionam bem e outros nem tanto, e medir detalhes sobre o funcionamento da vida em sua raiz.

p Forças atômicas vistas claramente

p A melhoria funciona adicionando cuidadosamente ruído branco eletrônico a uma sonda de detecção dentro de um microscópio de força atômica (AFM), que já é sensível o suficiente para detectar forças exercidas por moléculas em interação, como receptores de proteínas e vitaminas. Mas mesmo com essas habilidades em escala nanométrica, de uma forma leve, mas significativa, AFM pode ser um instrumento contundente.

p "Há uma incapacidade da sonda de amostrar a parte mais profunda da interação, "disse o pesquisador Todd Sulchek, professor associado da Escola de Engenharia Mecânica da Georgia Tech. "Você pode ver como essas moléculas estão ligadas ou não. Era preto ou branco, mas agora estamos conseguindo obter vários tons de cinza. "

p Sulchek e os pesquisadores graduados Ahmad Haider e Daniel Potter publicaram os resultados de sua solução de engenharia na revista Proceedings of the National Academy of Sciences Edição antecipada na semana de 21 de novembro, 2016. Sua pesquisa foi financiada pela National Science Foundation.

p Cone balançando um cantilever

p As moléculas têm feixes trator, embora sejam fracos. Eles se puxam com uma série de forças fracas, como interações de van der Waals, principalmente gerado por polaridades negativas ou positivas espalhadas ao redor das moléculas.

p Os microscópios de força atômica medem as energias que atraem, colocando uma sonda em forma de cone em nanoescala perto das moléculas para sentir as forças enquanto elas interagem. O cone é preso a um cantilever, um pequeno bastão flexível, e o faz balançar, enquanto as forças atômicas puxam o cone para um lado ou para o outro.

p O cantilever transfere o tremor para o microscópio, o que o transforma em um sinal utilizável, da mesma forma que a agulha de uma plataforma giratória transfere vibrações de um disco para serem convertidas em som. O sinal resultante ilustra o que é chamado de poço de energia. O topo do poço é o ponto onde as forças adesivas estão prestes a se estabelecer, e a parte inferior é um ponto onde as moléculas se encontram.

p Caindo no poço de energia

p Mas, à medida que as forças puxam o cone e as moléculas, ele está observando mais perto uma da outra, em algum ponto, eles basicamente se juntam, impedindo uma medição detalhada do gradiente de energia. Como resultado, conforme o cone se aproxima das moléculas em interação, os pesquisadores veem o topo do poço de energia e o fim da interação, mas os detalhes das paredes do poço, particularmente no fundo, onde as moléculas interagem mais intimamente, invariavelmente iludi-los.

p "A forma como resolvemos isso foi, simplesmente adicionamos algum ruído eletrônico de uma maneira bem definida, e isso permitiu que a sonda sentisse a interação quando ainda estava relativamente longe da superfície das moléculas, "Sulchek disse. A vibração eletrônica, chamada flutuação estocástica aprimorada, também diluiu o efeito das forças adesivas que, de outra forma, teriam agarrado o cantilever e as moléculas.

p "O que eu acho legal é que é contra-intuitivo, porque você geralmente tenta eliminar o ruído do seu sistema para obter medições mais precisas, mas estamos adicionando ruído, "Sulchek disse. A melhoria contorna o potencial enviesado produzido pela adição de ruído, permitindo que os pesquisadores tomem mais amostras e mais compridas, cancelando efetivamente os efeitos do ruído nos dados gerais.

p Adicionar algum ruído pode parecer simples, mas levou Haider e Potter uns bons dois anos para descobrir como isso poderia funcionar e para fazer ajustes tediosos na instrumentação.

p Balé Bacterial Vise grip

p Os pesquisadores usaram interações entre o cantilever e um material chamado mica para concluir o desenvolvimento da melhoria. Mica tem uma forma e carga previsíveis, bom para benchmarking - é muito bom. "Mica é atomicamente plana, "Sulchek disse." Isso e o grafite são as duas superfícies mais planas que você pode construir. "

p Agora, A equipe de Sulchek está testando o cantilever melhorado em um cenário biológico - uma proteína da bactéria Streptomyces avidinii, que devora a vitamina biotina com ímpeto. A proteína, estreptavidina, liga-se com a biotina tão fortemente, que os pesquisadores normalmente usam para estudar a adesão molecular.

p "É a biointeração mais forte conhecida pela ciência, "Sulchek disse. O aperto do torno da estreptavidina é um caso de teste bem padronizado para o dispositivo recém-ajustado." Uma aba se abre e a biotina se encaixa nela como uma luva, Sulchek disse. "Queremos ver se podemos observar como isso acontece e medir bem a sua energia."

p Câncer, AUXILIA, doença auto-imune

p Isso coloca Sulchek mais perto de seu sonho de um instrumento para impulsionar a pesquisa biomolecular experimental, e potencialmente levar a percepções úteis para a medicina. "Quero ter uma ferramenta para visualizar essas etapas intermediárias, "ele disse." Eu quero uma ferramenta para ver esses estados de curta duração. "

p Os pesquisadores poderiam usar essa ferramenta aprimorada para entender melhor as doenças auto-imunes, imunoterapia para tratar o câncer ou a capacidade do HIV de impedir a defesa de um anticorpo.

p "Muitos anticorpos têm dois sítios de ligação, e há uma razão para isso, mas ainda não entendemos porque, "Sulchek disse." Nós sabemos que você não quer que os anticorpos interajam muito fortemente. " pode resultar em doenças autoimunes.

p "There's a lot of therapeutics involving antibodies, and some work well; others don't work well, " Sulchek said. Antibodies may not attach optimally to HIV, por exemplo, because they're having a hard time wrapping around the virus.

p Capturing the clumsy action in extreme slow motion could someday help biomedical researchers design a more effective antibody to further foil the virus.