Ett nytt sätt att med hög precision kemiskt märka levande celler med hjälp av ljus har utvecklats av forskare från Harvard University och Chinese Academy of Medical Sciences. Studien, publicerad i ACS Chemical Biology, introducerar ”fotoklickadaptrar” som introducerar möjligheten att använda ljus för att styra ofta använda cellmärkningstekniker. Detta genombrott möjliggör exakt och dynamisk flerfärgad cellmärkning och erbjuder nya sätt att i detalj följa biologiska processer i celler och vävnader.
Synliggör biologi
Cellinmärkning är ett viktigt verktyg inom biologisk forskning som gör det möjligt för forskare att synliggöra celler, studera deras beteende och analysera biokemiska reaktioner och interaktioner. Många tekniker för att märka celler använder genetisk kodning eller kemisk igenkänning för att ge specificitet. Men trots detta saknar dessa metoder ofta den rumsliga och tidsmässiga precision som krävs för att det ska vara möjligt att fånga många av de dynamiska biologiska processer som sker i celler och vävnader. En forskargrupp ledd av Adam E. Cohen, professor i kemi, kemisk biologi och fysik vid Harvard University, har kommit fram till en lösning på detta problem genom att addera ett ljusreglerat steg till konventionella metoder för märkning av levande celler. Det ljusreglerade steg gör det möjligt för forskarna att exakt styra när och i vilken del av en cell eller vävnad som märkningen ska aktiveras.
Märkning på cellnivå
Cohen och hans medarbetare kunde konstruera denna ljusreglerade funktion med hjälp av fotoinkapslade tetraziner, en typ av molekyl som förblir inaktiv tills den utsätts för ljus. Denna modifiering, som forskarna kallar "foto-klick-adapter", ger ett sätt att växla cellmärkningen från ett inkapslat och inaktivt tillstånd till ett öppet och aktivt tillstånd. Väl i öppet tillstånd kan tetrazinerna reagera snabbt med alkener genom en så kallad "photocklick"-reaktion, vilket gör det möjligt att till exempel tillsätta fluorescerande färgämnen specifikt till de ljusaktiverade delarna av cellen.
För att demonstrera principerna bakom denna nya fotomärkningsteknik belyste Cohen och hans team selektivt delar av inmärkta celler för att aktivera fotoklickadaptrarna i de valda områdena. De använde sedan BioPen för att tillsätta fluorescerande färgämnen, modifierade för att bara binda till de aktiverade adaptrarna, till enskilda celler. Deras resultat visar att de fluorescerande färgämnena bara band till de områden som hade aktiverats med hjälp av ljus.
Nya sätt att spåra biologi
Forskarna ville även utforska möjliga tillämpningar för tekniken testa därefter sin metod i levande zebrafiskembryon där de visade att den kunde användas för att spåra vävnadsrörelser under den embryonala utvecklingen. De utforskade också hur tekniken skulle kunna möjliggöra flerfärgsmärkning och sortering av levande celler, vilket gör det möjligt för forskare att särskilja och separera olika cellpopulationer baserat på optiska mönster. Med dessa två experiment som demonstrationer föreställer sig Cohen och teamet ett antal framtida tillämpningar för fotoklicksmärkningstekniken, inklusive högupplöst dynamisk spårning av proteiner i celler, optisk fenotypisk screening kopplad till nedströms omik och rödförskjutna omkopplingsmöjligheter som möjliggör djupare vävnadspenetration och minskad fototoxicitet.
Vi är mycket glada över att forskargruppen har valt att använda BioPen i sitt arbete och ser fram emot att följa deras framtida forskningsinsatser.
Artikeln Tools for Intersectional Optical and Chemical Tagging on Cell Surfaces finns tillgänglig via ACS Chemical Biologys hemsida.