Σταγονίδια λιπιδίων ως ενδογενείς ενδοκυτταρικοί μικροφακοί

[Giannis]

Με τη ζήτηση για παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο των ενδοπλασματικών παραλλαγών και την ταχεία ανίχνευση εξωκυτταρικών σημάτων, έχει αναπτυχθεί ένας μεγάλος αριθμός προσεγγίσεων στη βιοαπεικόνιση. Τις τελευταίες δεκαετίες σημειώθηκε δραματική πρόοδος στην οπτική απεικόνιση, ειδικά με την εμφάνιση τεχνικών υποβοηθούμενων από μικροσφαίρες που έχουν την εξαιρετική ικανότητα συλλογής σημάτων και επιτρέπουν απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο και υπερ-ανάλυση με συμβατικά οπτικά μικροσκοπικά συστήματα. Ωστόσο, καθώς οι περισσότερες από τις μικροσφαίρες στις τρέχουσες στρατηγικές είναι σε στερεά και τεχνητά συνθετικά υλικά, είναι πολύ χαμηλής βιοσυμβατότητας. Ευτυχώς, τα μαθήματα από τη φύση έχουν δείξει ότι ορισμένα βιο-συστατικά και ήδη υπάρχοντα αντικείμενα μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το φως και είναι σε θέση να αναλάβουν τις ίδιες λειτουργίες με τα πραγματικά οπτικά στοιχεία.

Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Light Science & Application , μια ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τους καθηγητές Baojun Li, Yao Zhang και Yuchao Li από το Ινστιτούτο Νανοφωτονικών του Πανεπιστημίου Jinan, Κίνα και τον Δρ. Pietro Ferraro από το CNR-ISASI, Ινστιτούτο Εφαρμοσμένων Επιστημών και Intelligent Systems, Ιταλία, αποδεικνύουν ότι τα σταγονίδια λιπιδίων, δυναμικές δομές που υπάρχουν φυσικά στα κύτταρα, μπορούν να λειτουργήσουν ως ενδοκυτταρικοί μικροφακοί για παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο των υποκυτταρικών δομών και ανίχνευση εξωκυτταρικών σημάτων. Με σφαιρικό σχήμα και δείκτη διάθλασης υψηλότερο από το κυτταρόπλασμα και το περίπλασμα, τα σταγονίδια λιπιδίου εμφανίζουν το φαινόμενο του φακού για να συγκλίνουν αποτελεσματικά τόσο το φως διέγερσης όσο και τα σήματα φθορισμού.

Για την επίτευξη ενδοκυτταρικής απεικόνισης των υποκυτταρικών δομών, οι λιπιδικοί μικροφακοί λειτουργούν σε τρόπο επαφής στον οποίο η απόδοση συλλογής των εκπεμπόμενων φθοριζόντων σημάτων αυξάνεται σημαντικά από τα σταγονίδια λιπιδίου. Ως αποτέλεσμα, η απαιτούμενη ισχύς διέγερσης στην απεικόνιση φθορισμού μπορεί να μειωθεί έως και 73%. Καθοδηγούμενα από τη σάρωση οπτικών λαβίδων, τα σταγονίδια λιπιδίου μπορούν να μετακινηθούν μέσα στο κύτταρο για να πραγματοποιηθεί μια ενισχυμένη ενδοκυτταρική απεικόνιση φθορισμού των μικρονημάτων, των λυσοσωμάτων και των αδενοϊών σε ζωντανά κύτταρα.

Επιπλέον, λόγω του δείκτη διάθλασηςαντίθεση των σταγονιδίων λιπιδίων στο κυτταρόπλασμα, το μεγάλο εστιακό μήκος των σταγονιδίων λιπιδίου μπορεί να επεκτείνει τις στρατηγικές ενίσχυσης του φθορισμού σε λειτουργία χωρίς επαφή που αυξάνει την απόσταση εργασίας της απεικόνισης και της ανίχνευσης από τους λιπιδικούς μικροφακούς. Στη λειτουργία χωρίς επαφή, το φως διέγερσης συγκλίνει σε μεγάλο βαθμό από τα σταγονίδια λιπιδίων για να ενισχύσει την ένταση του φθορισμού από το εξωκυτταρικό περιβάλλον που περιβάλλει τα κύτταρα. Στα πειράματα, η αποτελεσματική ανίχνευση των σημάτων φθορισμού καρκινικών κυττάρων στο εξωκυττάριο υγρό επιτεύχθηκε από τους λιπιδικούς μικροφακούς.

Η παρουσιαζόμενη επίδραση φακού των σταγονιδίων λιπιδίου αναμένεται να βρει εφαρμογές με πλήρως βιοσυμβατά μικροσκοπικά εργαλεία για βιοαισθητήρα, ενδοσκοπική ανάλυση και διάγνωση μονοκυττάρου. Η χρήση των σταγονιδίων λιπιδίου ως ενδοκυτταρικοί μικροφακοί παρέχει επίσης ευκαιρίες για το σχεδιασμό και την κατασκευή ποικίλων ενδογενών φωτονικών συσκευών.