Un equipo dirigido por el profesor Seo Da-ha del Departamento de Física y Química de la DGIST (presidente Lee Kun-woo) desarrolló una nueva tecnología de microscopía en tiempo real y observó con éxito el comportamiento de las “proteínas motoras”.(1), que puede ser la clave para descubrir estrategias eficientes de transporte celular. El equipo de investigación desarrolló la “microscopía plasmónica de campo oscuro basada en transformada de Fourier” (microscopía FT-PDF) utilizando sondas de nanopartículas, microscopía de alta resolución y tecnología de algoritmo de transformada de Fourier con una precisión posicional y angular comparable a la microscopía electrónica, logrando los niveles más altos. de la microscopía óptica existente.
Las células transportan materiales de manera eficiente a través de vesículas intracelulares llamadas endosomas.(2). Las sustancias son transportadas a su destino mediante proteínas motoras que se mueven a lo largo de una compleja red de microtúbulos. La observación del movimiento y la rotación de los endosomas presentes en el proceso de transporte proporciona información importante para comprender cómo se regula eficientemente el transporte intracelular, lo que a su vez ayuda a dilucidar la función celular y las enfermedades.
Para visualizar este proceso de transporte, el equipo de investigación desarrolló una microscopía FT-pdf que analiza con la transformada de Fourier(3) Técnicas que utilizan nanopartículas que tienen “dependencia del ángulo polar”.(4). Las imágenes de señales dispersas monitoreadas por la rotación de la luz polarizada se capturan continuamente durante largos períodos de tiempo y, cuando se combinan con la tecnología de seguimiento de una sola partícula existente, el movimiento y la rotación de las partículas se pueden monitorear en tiempo real.
Utilizando un microscopio plasmónico de campo oscuro, el equipo de investigación descubrió patrones temporales (características de series temporales altas) en el movimiento rotacional de los endosomas en las células, que interpretaron como similares a las técnicas de aprendizaje por refuerzo de los robots de navegación o los motores de búsqueda de Internet. La técnica en tiempo real de transporte de endosomas se puede analizar y aplicar a modelos de células enfermas para dilucidar y diagnosticar la causa de la enfermedad.
“Como muestra este estudio, las células normales que componen el cuerpo humano parecen estar equipadas con tecnologías robóticas de aprendizaje de datos que los humanos están desarrollando activamente”, dijo Seo, profesor del Departamento de Física Química de la DGIST. “Esta estrategia a nivel molecular es la clave para el transporte preciso de materiales y es otro tema de investigación. Se espera que los resultados de nuestra investigación contribuyan a la comprensión y el diagnóstico de enfermedades en el futuro mediante su aplicación en células enfermas”, añadió el profesor Seo.
La investigación fue apoyada por el Programa de Investigación Básica y el Programa del Centro de Investigación de Ingeniería (ERC) del Ministerio de Ciencia y TIC y la Fundación Nacional de Investigación de Corea, el Proyecto de Innovación en Investigación Grand Challenge (D-GRIP) de la DGIST y el Programa HRHR+. Los resultados de la investigación han sido publicados en revistas internacionales. ciencia avanzada.
Comentario:
(1) Proteínas motoras: motores moleculares que se mueven a lo largo de los microtúbulos de las células. Estos incluyen la miosina y la cinesina.
(2) Endosoma: Vesículas formadas en el citoplasma por endocitosis, etc. en la célula.
(3) Transformada de Fourier: herramienta matemática que divide una función de tiempo o espacio en sus diversos componentes de frecuencia y permite el análisis de magnitud y fase para cada frecuencia.
(4) Dependencia del ángulo polar: se refiere al fenómeno en el que la naturaleza de la interacción del estado polarizado de la luz con la materia cambia con el ángulo polar de la luz.