Der menschliche Körper besteht aus 30 bis 40 Millionen Zellen, eine große und komplexe Netzwerk von Blutzellen, Neuronen, und spezialisierte Zellen, aus denen Organe und Gewebe. Bis jetzt, herauszufinden, welche Mechanismen Steuern die Kommunikation zwischen Ihnen erweist sich als große Herausforderung für den Bereich Zellbiologie.
Die Forschung, geführt von Virgil Percec in Penn ‚ s Department of Chemistry, in Zusammenarbeit mit der Universität für die Abteilungen Zell-und Entwicklungsbiologie und Biologie, und mit Tempel und Aachener Hochschulen, liefert ein neues Werkzeug zur Untersuchung synthetischer Zellen in unglaublichen Details. Percec und seine Gruppe demonstriert den Wert Ihrer Methode, indem Sie prüfen, wie eine Zelle, die Struktur diktiert, seine Fähigkeit zu kommunizieren und interagieren mit anderen Zellen und Proteinen. Sie fanden heraus, dass Zucker-Moleküle spielen eine zentrale Rolle in der zellulären Kommunikation, die als „Kanäle“, die Zellen und Proteine verwenden, um miteinander zu reden. Sie veröffentlichten Ihre Ergebnisse in dieser Woche in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.
„Letztlich ist diese Forschung ist, zu verstehen, wie Membranen funktionieren“, sagt Percec. „Die Menschen versuchen zu verstehen, wie menschliche Zellen funktionieren, aber es ist sehr schwer zu tun. Alles, was in der Zelle flüssig ist-wie, und das macht es schwierig zu analysieren, es durch die routine-Methoden.“
Zellbiologen haben in der Vergangenheit verwendet Beugung an Zellen studieren. Dies beinhaltet, brechen Sie auseinander und nehmen atomic-level-Bilder von einzelnen teilen, wie zum Beispiel Proteine. Das problem bei diesem Ansatz ist jedoch, dass es nicht zulässt, dass für das Studium der Zelle als ganzes. Neuere Methoden wie die Fluoreszenz-Mikroskopie erlauben es den Forschern um die Untersuchung ganzer Zellen, aber diese tools sind kompliziert, und bieten nicht die high-resolution-Ansicht, die Beugung kann.
Mit entwickelt synthetischen Zellen als Modellsystem, Blei-Autor Cesar Rodriguez-Emmenegger, einem ehemaligen Mitglied von Percec Gruppe, die sich jetzt in Aachen, entdeckte einen Weg, um direkt studieren Zellmembranen mit einer Methode, die als Atomare Kraft-Mikroskopie. Dieser Ansatz generiert eine extrem hohe Auflösung scans zeigen, dass Formen und Strukturen auf einer Skala von weniger als einem nanometer, fast 10.000 mal kleiner als die Breite eines menschlichen Haares. Percec Gruppe baute ein Modell, das berechnet, wie sich die strukturellen Bilder beziehen sich auf die Zelle-Funktion.
Die Studie ist das erste Beispiel für eine Beugung-wie die Methode, die getan werden kann, auf den ganzen synthetischen Zellen. Mit dieser neuen Methode, Percec Gruppe herausgefunden, dass eine niedrige Konzentration von Zucker auf eine Zellmembran-Oberfläche führte zu einer erhöhten Reaktivität mit Proteinen auf den Membranen der anderen Zellen.
Einer von Percec Ziele ist es, herauszufinden, wie die Kontrolle der Zell-zu-Zell-Kommunikation und Zell-Funktion, die eng mit seiner Gruppe die Laufenden arbeiten zur Schaffung hybrid-Zellen, die aus teilen von menschlichen und bakteriellen Zellen. Während seine Gruppe wurde studiert, Zellmembran, mimik und engineered systems seit 2010, die zur Entdeckung des neuen Beugung-wie war die Methode, wie Percec beschreibt, einen „glücklichen Zufall.“
„Wir nähern uns Problemen, die andere Leute sagen, es gibt keine Lösung für. Sie können nicht machen einen großen Durchbruch über Nacht,“Percec sagt. „All diese Menschen in unserem team sind begabt und haben die Maschinen, die zu lösen der verschiedenen Probleme auf dem Weg bringen, dass die Geschichte zusammen.“