Отзыв Эмили Хендерсон, бакалавр наук 17 июля 2020 года

Синхротронная инфракрасная наноспектроскопия впервые была использована для измерения биомолекулярных изменений, вызванных лекарственным средством (амиодароном) в клетках человека (макрофагах) и локализованных в масштабе 100 нанометров, то есть на два порядка меньше длины волны ИК, используемой в качестве зонда .

Это было достигнуто на линии луча многомодовой инфракрасной визуализации и микро-спектроскопии (MIRIAM) (B22) в Diamond Light Source, национальной установке синхротронного излучения в Великобритании.

Это крупный научный результат в области наук о жизни, которым поделилась международная команда, в рамках совместного исследования времени среди ученых из Школы рака и фармацевтических наук в Королевском колледже Лондона, факультета фармацевтической технологии и биофармацевтики в Университете Вена и ученые MIRIAM B22 на Diamond.

Их недавняя работа, опубликованная в настоящее время в Analytical Chemistry, называется «Синхротронная фототермическая ИК-наноспектроскопия лекарственного фосфолипидоза макрофагов». Усовершенствованная инфракрасная атомно-силовая микроскопия (RE AFM IR) с помощью синхротронного излучения для опроса биологического вещества на субклеточном уровне, в данном случае клеточной модели лекарственно-индуцированного фосфолипидоза (DIPL).

Вместо традиционного метода оценки DIPL – т.е. визуального подтверждения с помощью электронной микроскопии липидных тел или использования метода флуоресцентной маркировки – они использовали широкополосное ИК-излучение с помощью алмазного синхротрона вместе с AFM-детектированием для достижения как молекулярной специфичности, так и улучшенной пространственной разрешение, необходимое для локализации метаболических изменений в клетке.

Доктор Эндрю Чен из Королевского колледжа Лондона, как главный исследователь, объясняет: «Модельное исследование, основанное на макрофагах J774A-1, подвергшихся воздействию / не подвергшихся воздействию амиодарона, ясно продемонстрировало, что RE AFM IR с синхротронным излучением способен извлекать локальную молекулярную информацию из небольших органеллы внутри одной клетки без меток. "

Это замечательно, потому что определение содержания липидов в вакуолях имеет решающее значение при изучении DIPL. Это окажет сильное влияние на разработку ингаляционных лекарств, в результате чего DIPL является одним из ключевых признаков неблагоприятного ответа организма на инородные частицы. "

Доктор Эндрю Чен, главный следователь, Королевский колледж Лондона

Карты топографии AFM показали, что обработанные амиодароном клетки имели увеличенную цитоплазму и тонкие участки сжатых везикул. Инфракрасные (ИК) карты всей ячейки анализировали, используя общий сигнал ИК в зависимости от толщины ячейки, полученной из АСМ, также при боковом разрешении около 100 нм. Также возможно было присвоение колебательных полос наноспектрам: все характерные пики для липидов, белков и ДНК / РНК были идентифицированы.

Кроме того, как соотношение полос, так и неконтролируемый хемометрический анализ наноспектров Synchrotron IR из ядерных и перинуклеарных областей клеток показали, что цитоплазма клеток, обработанных амиодароном, имела значительно повышенные интенсивности полос в областях, соответствующих фосфатным и карбонильным группам, что указывает на обнаружение богатых фосфолипидами телец включения, типичных для клеток с DIPL.

Принцип Ученый по изучению лучевой линии на линии луча MIRIAM в Diamond и один из авторов работы доктор Джанфеличе Чинк комментирует: «Насколько мне известно, наш эксперимент – впервые в мире с помощью синхротронной фототермической ИК-нано-спектроскопии в науках о жизни, и доказал, что фототермический ИК-наноспектроскопия может успешно сканировать клетки млекопитающих и выявлять внутренний молекулярный отпечаток через полный ИК-спектр благодаря широкополосному ИК-покрытию Synchrotron. "

Он объяснил, что система клеточной модели и медикаментозное лечение иллюстрировали возможности метода, пространственно колокализуя морфологию и биохимию в субклеточном масштабе. Что примечательно, так это то, что достигнутое качество наноспектров было таким, что типичные вибрационные особенности, наблюдаемые с помощью ИК-микроскопии на биологических клетках, были четко зафиксированы, но впервые на наноразмерном уровне, предоставляя субклеточную биохимическую информацию без меток.

Он добавляет: «Это достижение стало результатом длительных экспериментальных усилий команды IR22 по линии лучей IR – Diamond, особенно работы доктора Марка Фрогли и доктора Иоанниса Леккаса».

Далее он объяснил, что превосходство лучевой линии MIRIAM (B22) в синхротронной ИК-нано-спектроскопии, то есть синхротронная RE-AFM-ИК-спектроскопия, предлагает уникальную химическую и морфологическую информацию о субволновом разрешении или разрешении 100 нм в различных реальных условиях. исследования жизни, особенно в мягкой материи, такие как микропластический эффект в живой ткани, антимикробные поверхностные явления, микрофоссили и биогеология в субмикронном масштабе, анализ органической микроэлектроники, микрокомпозитные материалы и мезоструктуры.

В ближайшее время на линии луча MIRIAM B22 будет предложено больше исследовательских мощностей, так как новая оконечная станция nanoIR ожидается с середины 2021 года. Помимо нынешнего опыта в области фототермической наноспектроскопии с ИК синхротронным ИК-излучением, модернизация позволит использовать новые методы (например, АСМ ИК в постукивании). режим), и, что особенно важно, дополняют их сканирующей оптической микроскопией с ИК-рассеянием (s-SNOM), еще больше увеличивая пространственное разрешение в масштабе 10 нанометров.