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Proteine ​​aus der Tarnung von Unterwasserlebewesen liefern den Schlüssel zum Durchschauen von Zellen

Salk-Wissenschaftler erhält von der Keck Foundation ein Stipendium in Höhe von 1, 2 Mio. USD für die Entwicklung transparenter Gewebe für Diagnostika und Therapeutika. Der gewöhnliche Tintenfisch (Sepia officinalis) erlangt seine glitzernde Brillanz über Reflektinproteine, die für den Salk-Ansatz zur Transparenz von Geweben von entscheidender Bedeutung sind. Credit: Salk Institute Ein Forscherteam unter der Leitung von Salk-Professor Inder Verma hat von der WM Keck Foundation eine Finanzhilfe in Höhe von 1, 2 Millionen US-Dollar erhalten, um transparente Gewebe in Säugetieren unter Verwendung von optisch einzigartigen Proteinen, sogenannten Reflektinen, zu erzeugen. Mit dieser Arbeit können Forscher bessere Beobachtungen durchführen und die Möglichkeiten der Live-Mikroskopie erweitern, beispielsweise die Gehirnaktivität von Mäusen im Wachzustand.

Um diese Gewebetechniken zu entwickeln, baut das Verma-Labor auf seiner Arbeit auf, die die optischen Eigenschaften von Reflektinproteinen nutzt, die in der Haut und in den Augen von Kopffüßern (Tintenfisch, Tintenfisch und Tintenfisch) zu finden sind und für die einzigartige Tarnung und Optik dieser Tiere von zentraler Bedeutung sind Kommunikationsfähigkeiten.

"Vor kurzem gab es eine Renaissance in der Lichtmikroskopie, die von neuartigen fluoreszierenden Reportermolekülen und verbesserten optischen Techniken angetrieben wurde", sagt Verma, Professorin für Molekularbiologie an der American Cancer Society in Salk. "Aber Säugetiergewebe sind nach wie vor schwierig abzubilden, unter anderem aufgrund der durch Lichtstreuung hervorgerufenen Opazität. Mit unserem Projekt wollen wir uns von der Natur inspirieren lassen, um dies zu ändern."

Säugetiergewebe wird von den wässrigen Bereichen innerhalb von Zellen (Zytoplasma) und Fettmembranen dominiert, die Zellen einschließen und ihre inneren Kompartimente bilden. Da sich das Licht in jedem dieser Materialien mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegt (ein Maß, das Wissenschaftler als Brechungsindex bezeichnen), wird das Licht gebogen oder gestreut, was zu Bildverzerrungen oder Undurchsichtigkeit führen kann. Der Schlüssel zur Vermeidung von Opazität in biologischen Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes besteht darin, diesen Unterschied zu verringern.

"Denken Sie an eine Wolke", sagt Gerald Pao, ein Wissenschaftler von Salk, der zusammen mit Verma die Forschungsanstrengungen leiten wird. "In der Luft ist Nebel undurchsichtig, aber füllen Sie den Raum zwischen den schwebenden Wassertröpfchen in der Luft mit Wasser und es wird transparent. Das liegt daran, dass es keinen Unterschied im Brechungsindex gibt."

Das Salk-Team möchte das Zytoplasma der Zellen und alle Zwischenräume zwischen Membranen gleichmäßig mit Reflektin infundieren, wobei die Proteine ​​als Brücke zwischen Zellkomponenten mit unterschiedlichen Brechungsindizes dienen und das Gewebe transparenter machen.

Mit genetischen und molekularen Instrumenten konnte die Gruppe drei verschiedene Reflektinproteine ​​in Säugetierzellen in Kultur exprimieren und so den Brechungsindex in lebenden Organismen effektiv manipulieren. Diese ungiftige Methode unterscheidet sich von anderen Gewebetransparenztechniken, die für Zellen häufig tödlich sind, jedoch noch keine vollständige Gewebetransparenz erzielen müssen. Eine Möglichkeit, vollständige Transparenz zu erzielen, kann darin bestehen, andere Versionen des Reflektins von verschiedenen Spezies zu identifizieren.

Das Keck-Stipendium wird es dem Salk-Team ermöglichen, diese Methoden zu entwickeln und schließlich ihre Verwendung bei lebenden Säugetieren zu ermöglichen.

Verma, die den Irwin- und Joan Jacobs-Lehrstuhl für vorbildliche Biowissenschaften innehat, fügt hinzu: "Stellen Sie sich vor, wie viel einfacher wir Krebs oder andere Arten von Schäden erkennen können, wenn Zellen weniger eine Blackbox als eine transparente Zelle sind."

Bereitgestellt vom Salk Institute