Forscher haben eine fortschrittliche Methode zur Markierung von Proteinen in intakten Geweben vorgestellt, die eine langjährige Herausforderung in der biologischen Forschung löst. Die Technik, die eine gleichmäßige Verteilung von Antikörpern in ganzen Organen gewährleisten soll, wurde in mehreren Gewebetypen demonstriert.
Dieser Ansatz könnte die Genauigkeit von Zellstudien erheblich verbessern, indem die Gewebestruktur erhalten bleibt und gleichzeitig eine präzisere Proteindetektion ermöglicht wird.
Fortschritt in der Proteinmarkierung
Laut einer in Nature Biotechnology veröffentlichten Studie wurde die Technik, die als kontinuierliche volumetrische Gleichgewichtsredispersion (CURVE) bekannt ist, am Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt. Das Forschungsteam unter der Leitung von Kwanghun Chung, Associate Professor für Chemieingenieurwesen und Neurowissenschaften am MIT, testete die Methode an verschiedenen biologischen Proben, darunter Nagetier- und menschliches Gewebe.
Durch die Kontrolle der Geschwindigkeit von Antikörper-Antigen-Interaktionen und die Verbesserung der molekularen Diffusion durch stochastischen Elektrotransport ermöglichte der Prozess eine gleichmäßige Proteinmarkierung in einem Bruchteil der Zeit, die von herkömmlichen Methoden benötigt wird.
Behebung von Einschränkungen herkömmlicher Methoden
Traditionelle Ansätze wie Immunhistochemie erreichen häufig keine gleichmäßige Proteinverteilung aufgrund der Größe der Markierungsmoleküle. Antikörper neigen dazu, sich in der Nähe der Oberfläche zu konzentrieren, während sie nicht in tiefere Schichten eindringen können, was zu einer ungleichmäßigen Markierung führt.
In einer Erklärung für MIT News verglich Chung die Herausforderung mit dem Marinieren eines dicken Fleischstücks, bei dem nur die äußeren Schichten die Marinade effektiv aufnehmen. Er erklärte, dass die große Größe der Markierungsmoleküle die gleichmäßige Penetration extrem schwierig macht und lange Verarbeitungszeiten erfordert.
Effiziente und skalierbare Anwendung
Die Forscher zeigten, dass ihre CURVE-Technik in Kombination mit einer schnellen elektrophoretischen Markierung mit Hilfe von Affinitätsscanning in Hydrogel (EFLASH) die Antikörperpenetration deutlich verbesserte. Tests an einem Gehirn einer erwachsenen Maus zeigten, dass herkömmliche Methoden zu einer ungleichmäßigen Markierung führten, während Eflash eine gleichmäßige Färbung aller Neuronen hervorbrachte. Ein ähnlicher Erfolg wurde in Geweben anderer Arten beobachtet, darunter menschliche und Tit-Gehirnproben sowie Mäuseembryonen, Lungen und Herzen.
Vergleich mit genetischer Markierung
Wie von The Scientist berichtet, wurde der entscheidende Vorteil dieser Technik gegenüber der transgenen Markierung in der Studie hervorgehoben. Während genetische Methoden auf fluoreszierenden Markern basieren, die an die Genexpression gekoppelt sind, korreliert die Proteinexpression nicht immer direkt mit der Genaktivität. Die Forscher stellten erhebliche Unterschiede fest, als sie die transgene Markierung mit EFLASH verglichen, was die Notwendigkeit einer direkten Proteindetektion unterstreicht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die genetische Markierung allein möglicherweise nicht ausreicht, um die Proteinverteilung in Geweben präzise zu untersuchen.
Zukünftige Auswirkungen
Wissenschaftler gehen davon aus, dass CURVE zur Erstellung eines umfassenden Repositorys von Proteinexpressionsmustern in verschiedenen Gewebetypen beitragen wird. Dies könnte als Referenz für die Untersuchung von krankem Gewebe und die Verfeinerung von Diagnoseverfahren dienen. Die Forscher glauben, dass die Technik durch die Verbesserung der Proteinvisualisierung auf zellulärer Ebene das Verständnis verschiedener biologischer Prozesse verbessern kann, was potenziell zukünftige medizinische und wissenschaftliche Anwendungen beeinflussen kann.