12 november 2023 Naar individuele moleculen kijken in levende cellen Terug naar nieuws Onderzoekers van de groep van Marvin Tanenbaum bij het Hubrecht Instituut en de groep van Cees Dekker aan de Technische Universiteit Delft hebben een manier ontwikkeld waarop ze individuele moleculen binnenin levende cellen zichtbaar kunnen maken onder de microscoop. Zo kunnen individuele moleculen en hun gedrag nu in levende cellen bestudeerd worden, iets dat tot nu toe erg moeilijk was. De resultaten van deze studie zijn op 4 oktober gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Nano. Tot nu toe was het heel moeilijk om in levende cellen naar individuele moleculen te kijken, simpelweg omdat het volume van een cel zo klein is, en er in een cel zoveel moleculen zitten, dat het met de huidige microscopietechnieken moeilijk is om de fluorescentie van een individueel molecuul te zien boven de achtergrondflluorescentie van alle andere moleculen. Dat het nu mogelijk is om deze individuele moleculen te zien en te volgen zal erg helpen om de moleculaire mechanismen te begrijpen die ten grondslag liggen aan veel biologische processen. Om individuele moleculen in levende cellen te kunnen zien maakten de onderzoekers een heel dun metalen laagje met minuscule gaatjes, die ‘zero-mode waveguide nanowells’ genoemd worden. Dit vermindert het volume waarin de moleculen worden geobserveerd. Deze methode was al eerder gebruikt voor opgezuiverde moleculen, en is nu getest met levende cellen. De cellen vormen stabiele uitstulpingen in de minuscule gaatjes, wat het mogelijk maakt om individuele moleculen een tijd te observeren. De onderzoekers ontdekten dat het gebruik van deze nanowells de achtergrondfluorescentie drastisch verminderde, waardoor ze zowel individuele moleculen konden visualiseren die aan het membraan gebonden zijn, als individuele moleculen die zich in het cytoplasma bevinden. Sora Yang, een van de onderzoekers van deze studie: “Onze nieuwe techniek creëert spannende nieuwe mogelijkheden voor single-molecule fluorescentiemicroscopie in levende cellen. Doordat we de concentratiebarrière hebben overwonnen, een al lang bestaand obstakel in dit onderzoeksveld, kunnen we nu individuele moleculen live bekijken in levende cellen. Dat geeft fascinerende kansen voor het bestuderen van biologische processen.’ Cellen op ‘zero-mode waveguide nanowells’, weergegeven met een cel op een zwarte ondergrond met stippen. De stippen geven de individuele fluorescerende moleculen in de nanowells weer (linksboven). Vervolgens een uitvergroting van het celoppervlak met een uitstulping in een nanowell, wat het mogelijk maakt om een individuele membraangebonden zichtbaar te maken, ondanks de vele membraangebonden fluorescente moleculen op de achtergrond (rechts). Tot slot een grafiek die de aanwezigheid van fluorescente moleculen in een nanowell weergeeft tijdens een bepaalde periode, iets dat niet bereikt kon worden met TIRF microscopie (linksonder). Credit: Sora Yang, copyright Hubrecht Instituut. Publication Zero-Mode Waveguide Nanowells for Single-Molecule Detection in Living Cells. Sora Yang#, Nils Klughammer#, Anders Barth#, Marvin E. Tanenbaum*, en Cees Dekker*. ACS Nano 2023. # en * deze auteurs hebben evenveel bijgedragen aan het onderzoek Marvin Tanenbaum is groepsleider bij het Hubrecht Institute, hoogleraar Genexpressiedynamiek aan de TU Delft en Oncode Investigator.
