Erkennen von Krankheiten durch den Schatten es wirft

In Zukunft könnten einige Krankheiten früher diagnostiziert und effektiver behandelt werden. Forscher des Max- Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen haben eine optische Methode, die einzelnen Proteine ​​, wie beispielsweise die Proteine ​​charakteristisch für einige Krebsarten, sichtbar macht entwickelt. Andere Methoden, die diese Arbeit nur zu erreichen , wenn die Ziel- Biomoleküle wurden zunächst mit Fluoreszenzmarkern markiert worden ; In der Regel ist jedoch, dass Ansatz schwierig oder sogar unmöglich . Im Gegensatz dazu mit ihrer Methode , geprägt iSCAT , sind die Forscher in Erlangen in der Lage, die Streulicht einzelner Proteine ​​über ihre Schatten direkt zu erkennen. Die Methode könnte nicht nur sich biomedizinische Diagnostik sensibler , aber auch neue Einblicke in grundlegende biologische Prozesse .


Erlanger Forscher können einzelne nicht-markierten Proteine ​​durch den schwachen Schatten, der die Biomoleküle zu produzieren , wenn sie Licht streuen identifizieren. Für ihren Biosensor , benutzen die Wissenschaftler eine sehr empfindliche Methode , um Streulicht zu erkennen. Darüber hinaus haben sie einen Weg , um die störenden optischen Hintergrundrauschen zu unterdrücken, gefunden.
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Erkennen eines einzelnen Proteins in einer Zelle ist etwa so einfach wie ein bestimmtes Auto zu finden während des Berufsverkehrs auf den Autobahnen in Deutschland - ohne die Hilfe von Nummernschildern . Innerhalb einer Zelle Vielzahl von verschiedenen Proteinen schwärmen aneinander vorbei wohl oder übel . Biologen sind in der Lage , von diesem wimmelt Suppe fischen , eine bestimmte Art von Protein-Molekül und fixieren Sie sie auf einem Objektträger , aber das würde wenig helfen : wenn sie ihren Fang in einem herkömmlichen Lichtmikroskop zu beleuchten , werden die Proteine ​​von dem Hintergrund maskiert .

Vahid Sandoghdar , Direktor am Max- Planck-Institut für die Physik des Lichts , und Marek Piliarik , ein Postdoc in der Abteilung Sandoghdar , sind jetzt in der Lage, ein viel klareres Bild ohne die Notwendigkeit für aufwendige Befestigung der Leuchtmarken an die Zielproteine ​​zu produzieren. Dies ist möglich dank iSCAT , kurz für interferometrische Detektion von Streu . Die Forscher scheinen Laserlicht auf einen Objektträger , auf denen die entsprechenden Proteine ​​wurden mit geeigneten biochemischen Ködern gefangen genommen worden . Die Proteine ​​streuen das Laserlicht , so wirft einen Schatten , wenn auch eine sehr schwache. " iSCAT verspricht nicht nur empfindlicher Diagnose von Krankheiten wie Krebs , sondern auch Licht auf viele grundlegende biochemische Prozesse in der Natur ", sagt Vahid Sandoghdar .

Das Streubild eines Proteins wird verstärkt und von Hintergrundrauschen abgestreift

Die Erlanger Forscher gelungen, ein hohes Maß an Sensibilität für einzelne Proteine ​​durch die Anwendung ein paar Tricks zu erreichen, und weil sie nicht von einem Missverständnis erschwert , dass viele andere Wissenschaftler haben : "Bisher dachte man, dass , wenn Sie wollen erkennen Streulicht von Nanopartikeln , müssen Sie alle Hintergrundlicht zu eliminieren ", erklärt Vahid Sandoghdar . " Doch in den letzten Jahren haben wir festgestellt, dass es vorteilhafter ist , die Probe stark beleuchten und die schwache Signal eines winzigen Nanopartikeln wie ein Schatten gegen die intensive Hintergrundbeleuchtung sichtbar zu machen. " Die Forscher erlauben daher das Hintergrundlicht , mit dem schwachen Streulichtinterferieren , so dass das gewünschte Signal verstärkt .

Jedoch in diesem Stadium sind sie noch nicht in der Lage , um die Schatten eines einzelnen Proteins in dem Interferenzbild zu erfassen , weil das Muster ist vergleichbar mit der einer Fernsehsendung in Schwarz und Weiß , die durch eine Menge von Rauschen verzerrt wird . Interferometrische Nachweisverfahren ist so sensitiv , dass jede kleine Unebenheiten oder Verunreinigungen der Probenträger auch einen Schatten, der in der Tat überfluten kann die Proteinsignalgegossen.

Dennoch hat diese Schwierigkeiten nicht abschrecken die beiden Forscher. Sie haben gelernt, den Lärm durch Anlegen eines zweiten Trick zu beseitigen. Sie nehmen einen Schnappschuss mit dem iSCAT Mikroskop nicht nur , nachdem sie eine Lösung, die das gewünschte Protein auf den Probenhalter tropfte , sondern auch vor . " Da die meisten der optischen Rauschens durch nanoskopische Unebenheiten der Probe erzeugt nicht ändern , können wir ein Bild von dem anderen subtrahieren und damit die Beseitigung der Lärm ", sagt Piliarik . Die Zielproteine ​​dann heben sich deutlich vom Hintergrund als dunkle Flecken , auch wenn der Schatten des Proteins ist nur ein Zehntausendstel oder sogar nur ein Hunderttausendstel so dunkel wie der Hintergrund.

iSCAT identifiziert ein Zielprotein unter anderem 2000

Marek Piliarik und Vahid Sandoghdar sind in der Lage , verschiedene Proteine ​​nachzuweisen als Schatten unter dem Mikroskop nicht nur in reinen Lösungen . Sie können auch zu Hause in den einzelnen Proteine ​​in Mischungen, die Konzentrationen von anderen Proteinen , die bis zu 2000 -mal größer . " Die Spezifität des Nachweisverfahrens wird nicht von der Optik , sondern durch die Selektivität des verwendeten , die Zielproteine​​auf dem Objektträger binden Substanzen beschränkt ", so Marek Piliarik . Da die Forscher fanden , die Menge an Kontrast zwischen dem Protein und dem Hintergrund ist abhängig von der Größe der Zielpartikels . Sie fanden auch Hinweise darauf, dass dieser Kontrast können Informationen über die Form des Proteins zu offenbaren.

" Die Stärke unseres Verfahrens liegt nicht nur in der Tatsache, dass es so empfindlich ist und dass wir Zielproteinen in einer Probe zu zählen ", sagt Vahid Sandoghdar . " iSCAT zeigt uns auch die genaue Position der Partikel . " Biologen konnten diesen Vorteil zu nutzen , ob zu studieren - und wenn ja, wie - verschiedene Proteine ​​miteinander interagieren . Wissen über Proteinwechselwirkungen ist entscheidend für das Verständnis der Krankheiten und eine Vielzahl von biologischen Prozessen. In Zukunft könnte es möglich sein für Biologen an iSCAT verwenden, um Partikel noch kleiner als Proteine ​​, dh RNA-Fragmente zu beobachten und zu sehen , wie sie mit anderen Substanzen interagieren. Zu diesem Zweck sind die Forscher in Erlangen arbeiten, um eine weitere Verbesserung der Signal-zu- Rausch-Verhältnis. Sie wissen, dass dies möglich ist. Und sie haben bereits Ideen, wie man über das Erreichen ihn gehen.