De beweging van een enkel nanodeeltje volgen

Op basis van het principe van interactie tussen materie en licht is een nieuwe methode ontwikkeld om de Brownse beweging van snel bewegende moleculen van nanometerformaat te volgen en te observeren, en om de verschillende fluorescentiesignalen van elk biologisch nanodeeltje te meten.

Het nanodeeltjesvolganalysesysteem (NTA) is de meest gebruikte kwantificeringsmethode voor nanodeeltjes ter wereld. Het is een methode die een groep nanodeeltjes in een vastgelegd beeld waarneemt en volgt als een eenheid van één deeltje. Onlangs heeft een POSTECH-onderzoeksteam – onder leiding van Dr. Siwoo Cho en Ph.D. kandidaat Johan Yi van de faculteit Werktuigbouwkunde, slaagde erin de hoeveelheid, grootte en helderheid van verstrooid licht door NTA te meten en de verschillende fluorescentiesignalen van individuele deeltjes verder te meten.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een op fluorescentie gebaseerd nanoparticle tracking analysis (NTA)-systeem om de grootte en eiwitexpressie van individuele extracellulaire blaasjes (EV) te karakteriseren. In dit systeem werd een vel lasers met vier verschillende golflengten op de EV’s geschenen volgens een geprogrammeerd schema, waardoor verstrooiingsbeelden werden geïntercaleerd door drie fluorescerende beelden. De grootte, verhouding en verstrooid licht van duizenden individuele deeltjes werden waargenomen en een zesdimensionale waarde bestaande uit drie verschillende fluorescentie werd verkregen.

Met behulp van dit voorgestelde NTA-systeem maten de onderzoekers de verdeling van specifieke eiwitten in EV’s (bijv. exosomen), die biologische nanodeeltjes zijn, op individuele deeltjesniveaus en analyseerden ze de relatie tussen de eiwitten.

Met dit NTA-systeem kan de gebruiker de nanodeeltjes tijdens de analyse observeren en onmiddellijk na het laden van het monster kwantitatieve gegevens van individuele of alle nanodeeltjes verkrijgen zonder dat een controlegroep nodig is. Het stelt de onderzoekers in staat om cellen op moleculair niveau te observeren om belangrijke aanwijzingen te krijgen voor het begrijpen van verschillende levensprocessen.

Omdat het systeem zich bijvoorbeeld richt op alle soorten nanodeeltjes, kan het worden gebruikt voor omgevingsmonitoring zoals fijn stof, bio-nanodeeltjesanalyse voor onderzoek en ontwikkeling van virussen, en ziektediagnose en biomonitoring door middel van nanodeeltjesanalyse van verschillende lichaamsvloeistoffen.

“Het op multiplex fluorescentie gebaseerde NTA-systeem dat in deze studie is ontwikkeld, stelt wetenschappers in staat om de associatie tussen verschillende eiwitten in exosomen te analyseren”, legt professor Jaesung Park van POSTECH uit. “We verwachten dat het in de toekomst aanzienlijk zal bijdragen aan de vooruitgang van industrieën en onderzoek met betrekking tot exosomen.”