Uzaydan Zamana: Nanoneedles Kullanarak Canlı Doku Profili

Mekansal Omics, biyolojiyi keşfetme şeklimizi değiştiriyor – bize moleküllerin dokularda nerede olduğunu ve nasıl organize edildiğini bir harita sunuyor. Tek hücrelerde RNA'yı ölçmekten^1-4 organlardaki proteinleri ve metabolitleri görüntüleme^{5, 6}bu teknolojiler, dokuların sağlık ve hastalıkta nasıl işlev gördüğü konusundaki anlayışımızı derinleştirmiştir. Ancak bir yakalama var: neredeyse tüm bu aletler sabit veya dondurulmuş doku dilimleri üzerinde çalışır. Bu, biyolojiye hala tek bir anda baktığımız anlamına geliyor – bir film değil, bir anlık görüntü.

Bilim adamları uzun zamandır canlı sistemlerin dinamik doğasını yakalamak, moleküler değişikliklerin gerçek zamanlı olarak ortaya çıkmasını izlemek istiyorlardı. Birkaç platform, akışkan kuvvet problarını kullanarak farklı zaman noktalarında canlı hücreleri örnekleyerek bununla başa çıkmaya çalıştı⁷ veya ileri mikroskopi⁸. Ancak bu araçlar genellikle bulaşıklardaki hücre kültürleriyle sınırlıdır ve gerçek dokuların karmaşıklığını yakalama konusunda mücadele eder.

Nanoneedles'i düşündük. Bu küçük, yüksek oranda orantılı yapılar, hücreler ve dokularla hafifçe etkileşime girebilir, hücreleri öldürmeden erişime izin vermek için hücre zarlarında geçici olarak küçük gözenekler açabilir (Şekil 1). Yüzeylerinde doğru kimya ile nanonedles, canlı hücrelerin içinden çeşitli moleküller çıkarabilir. Ve kalıcı hasara neden olmadıkları için, zaman içinde moleküler anlık görüntüler almak gibi tekrar tekrar aynı noktaya geri dönebilirler^{9, 10}.

Grubumuz yıllarca Hücresel Enerji (ATP) gibi şeyleri izlemek için nanoneedles geliştirdi.¹¹asitlik (pH) ¹²ve canlı hücrelerde enzim aktivitesi¹³. Ve bu çabada yalnız değiliz. Tarlada, bilim adamları neyin sınırlarını zorluyorlar elde edilebilir Canlı örnek analizi ile. Örneğin gözenekli silikon, mümkün kıldı nazikçe moleküller FROM canlı deniz hayvanları, dağıtımlarını haritalamaya yardımcı olmak¹⁴. Diğerleri doğrudan taze dokulardan genetik materyali yakalamak için elmas bazlı nanoneedles kullandılar¹⁵. Bu gelişmeler ortak bir hedefe işaret ediyor: yaşam sistemlerini bozmadan keşfetmek. Yine de, moleküler manzaraların zamanla nasıl geliştiğini yakalamak – “zamansal omikler” dediğimiz – yine de büyük ölçüde keşfedilmemiş bir sınırdır. Sormaya başladığımız soru bu: Yaşayan dokuların dinamik dünyasına daha fazla itebilir miyiz ve hem alanı hem de zamanı bir platformda bir araya getirebilir miyiz?

Bizim İlk atılım başarıyla ürettiğimizde geldi A nanoneedle Donmuş bir fare beyni izi. Sonuç kesinlikle departmanımız tarafından desteklendi. Özel farelerden fedakarlık etmek yerine, hayvansın itibarını sınırlamak ve başka türlü atılacak hayvan dokusundan yararlanmak için diğer gruplarla koordine edebiliriz. Bu işbirliği, Nanoneedle baskısı için çok farklı stratejileri test etmemizi sağladı. Genel olarak, nanonedles üzerindeki moleküller orijinal dokuda aynı gözlemliydi ve doğru elde edebildik Donmuş fare beyinlerinin haritaları. Önemli bir soru hala açıktı: BenS TO mekansal dağılımı üzerine sadakatle hasat edilen moleküller Nanoneedles?

We seçkin Desi MASS spektromdenemek görüntülemek için moleküler haritalar. İle Desi, Bir yüklü damlacık demetiS Nanoneedles, IoniSesprili moleküller onlara hasat edildi– ve sunar Bu moleküller Bir kütle spektrometresine doğru ikincil damlacıklarda. Desi seçimi çalışmalar tarafından eğitildiuggesting Nanoneedles'i oluşturan malzeme ile sinerji¹⁶ve tarafından çaba harcamak Tekniği çok modlu ayarlarda birleştirmekörneğin aynı anda optik spektroskopi yaparak¹⁷. W tarayarakith Desi, Mekansal olarak teyit edebiliriz Nanoneedle baskısı bir Doğru moleküler harita.

Daha sonra– Nasıl yapılacağını öğrendik üretmek BİR canlı beyin diliminden baskıS. Yeni soruS Hızlı bir şekilde takip edildi: wOLDUĞU . Hücreler hayatta kalır . nanoneedleS arayüz? Kalırlar mı uygun Eski vivodan sonra kültür? WEeks sonra– . veri kendileri için konuştu: Evet, hayatta kaldılar. Bu bizim anımızdı. Eğer Doku kaldı “mutlu“Bir tur örneklemeden sonra– Biz Bizim tekrar yapabilirdi.

Glioma– Agresif bir beyin tümörü türü – Soon bizim model sistemimiz oldu. Bu tümörler hayatta kalmak ve büyümek için yağ ve lipitleri nasıl kullandıklarını büyük ölçüde yeniden sarıyor¹⁸. Moleküler makyajları zaman ve mekanda değişir^{19, 20}onları nanoneedle tabanlı “uzaysal lipidomikler” için ideal bir hedef haline getiriyor. Ben-Gurion Üniversitesi'ndeki Zaritsky'nin laboratuvarından LOOR ile işbirliğimiz projeye güçlü bir hesaplama içgörü katmanı getirdi. Birlikte, yoğun moleküler haritaları klinik olarak anlamlı paternlere dönüştürerek glioma sınıfı sınıflandırmasıyla ilişkili anahtar lipit markörlerini belirledik. Bir bakıma, bu çalışma biyomühendislik sanatını yansıtır: sezgileri, yaratıcılığı ve teknik titizliği verileri daha fazla bir şeye şekillendirmek için birleştirmek – hareket halindeki yaşam hakkında bir hikaye anlatan bir şey²¹.

Sonunda, tüm iyi hikayeler gibi, Diğer Maceralar beklemek. COLDUĞU Mühendisiz nanoneedles Yerinde analiz için? Lipid profilini diğer moleküler okumalarla birleştirebilir miyiz²²? Ve başka hangi hastalıklar bu yaklaşımdan yararlanabilir?

Henüz tüm cevaplara sahip değiliz. Ama bilimi bu kadar heyecan verici yapan da bu.

Referanslar:

1. Pl ståhl ve ark.– Bilim 35378-82 (2016).
2. Cr Merritt ve ark.– Doğa biyoteknolojisi 38586-599 (2020).
3. O ve ark.– Doğa biyoteknolojisi 401794-1806 (2022).
4. KH Chen ve ark.– Bilim 348AAA6090-AAA6090 (2015).
5. T. Guo ve ark.– Doğa 638901-911 (2025).
6. NM Morato ve ark.– Kimyasal Araştırma Hesapları 562526-2536 (2023).
7. W. Chen ve ark.– Doğa 10.1038/s41586-022-05046-9 (2022).
8. F. Marcuccio ve ark.– Bilim ilerlemeleri 10 (2024).
9. C. Chiappini ve ark.– Doğa protokolleri 164539-4563 (2021).
10. R. Elnathan ve ark.– Nature Reviews Materials 7953-973 (2022).
11. H. Kim ve ark.– ACS Uygulamalı Malzemeler ve Arayüzler 1549964-49973 (2023).
12. C. Chiappini ve ark.– ACS Nano 95500-5509 (2015).
13. C. Chiappini ve ark.– Gelişmiş Malzemeler 275147-5152 (2015).
14. M. Ronci ve ark.– Analitik kimya 848996-9001 (2012).
15. K. Xie ve ark.– ACS Nano 154881-4892 (2021).
16. NV Schwab ve ark.– Analitik kimya 8611722-11726 (2014).
17. M. Jensen ve ark.– İleri Bilim 11 (2024).
18. RC Gimple ve ark.– Kanser keşfi 91248-1267 (2019).
19. MS Bergholt ve ark.– ACS Merkezi Bilimi 439-51 (2018).
20. AK Jarmusch ve ark.– Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri 1131486-1491 (2016).
21. NH Voelcker ve ark.– Nature Biyomühendislik Yorumları, (2025).

22. J. Bischof ve ark.– NPJ görüntüleme 25 (2024).