Nanodeeltjestechniek meet de bijtkracht in kleine C. elegans-wormen

Een team van materiaalwetenschappers, natuurkundigen, werktuigbouwkundigen en moleculair fysiologen van Stanford University heeft een nanodeeltjestechniek ontwikkeld die kan worden gebruikt om de krachtdynamiek in een levend wezen te meten, zoals Caenorhabditis elegans-wormen die in hun voedsel bijten.

In hun krant gepubliceerd in het journaal Natuurbeschrijft de groep hoe ze infraroodstraling gebruikten om lichtgevende nanokristallen te exciteren op een manier die het mogelijk maakte de energieniveaus van cellen in een C. elegans-worm te meten.

Andries Meijerink van de Universiteit Utrecht heeft een Nieuws en weergaven stuk in hetzelfde tijdschriftnummer, waarin het werk wordt beschreven dat door het team in Californië is gedaan.

Zoals Meijerink opmerkt, zou het kunnen meten van krachten in levende wezens een grote bijdrage kunnen leveren aan een beter begrip van interne moleculaire processen. Dergelijke inspanningen zijn tot nu toe belemmerd door de behoefte aan teledetectie over variabele bereiken en schalen. In deze nieuwe studie heeft het onderzoeksteam een ​​manier gevonden om dergelijke problemen te omzeilen en de kracht van de spieren in het spijsverteringskanaal van C. elegans gemeten.

Het werk bouwde voort op eerder onderzoek waaruit bleek dat licht van luminescerende moleculen kan worden gebruikt voor teledetectie als het emissiespectrum wordt beïnvloed door bepaalde fysieke veranderingen, zoals in temperatuur of druk. Ze stopten erbium- en ytterbium-nanokristallen in kleine polystyreenbolletjes, ongeveer zo groot als bacteriën, en voerden ze vervolgens aan C. elegans-wormen. Door de grootte van de bollen konden ze door het spijsverteringsstelsel van de worm gaan totdat ze een structuur tegenkwamen die bekend staat als de molen, die, zoals de naam al doet vermoeden, het voedsel vermaalt dat de worm eet.

De onderzoekers merken op dat de molen wordt bediend door de onderliggende spieren aan te spannen en los te laten. De door de onderzoekers geïntroduceerde bollen vonden hun weg naar dergelijke spieren. De onderzoekers volgden vervolgens de nanokristallen via een kleine fluorescentie-afleesmicroscoop terwijl de molen werd geactiveerd.

Hierdoor kon het team veranderingen in de luminescerende moleculaire spectra meten terwijl de worm zijn molen gebruikte. Vervolgens konden ze dergelijke veranderingen gebruiken om te berekenen hoeveel energie de slijpspier van de worm gebruikte. Ze vonden dat de bijtkracht ongeveer 10 µN bedroeg.

Het onderzoeksteam concludeert met de suggestie dat hun werk aantoont dat het mogelijk is om de krachtdynamiek in levende wezens te meten, wat volgens hen zou kunnen leiden tot nieuwe benaderingen voor het bestuderen van interne biologische processen.