La microscopía de electrones criogénicos cryo-EM ha cambiado las reglas del juego en el campo de la investigación médica, pero el sustrato, utilizado para congelar y ver muestras bajo un microscopio, no ha avanzado mucho en décadas. Ahora, gracias a una colaboraciónentre los investigadores de Penn State y la compañía de ciencias aplicadas Protochips, Inc., este ya no es el caso.
"El tipo tradicional de cuadrícula no ha cambiado mucho desde el inicio de la crio EM, mientras que la ciencia de los materiales ha cambiado enormemente", dijo Deb Kelly, profesora de ingeniería biomédica en Penn State y directora del Centro de Oncología Estructural CSO. "Nuestro equipo, junto con otros colegas en el campo, tuvo la idea de probar nuevos materiales como un medio para mejorar las prácticas actuales"
Los problemas con las rejillas de carbón tradicionales con agujeros incluyen superficies desiguales cuando se forma hielo a través de la rejilla, lo que requiere ajustar las rutinas de imágenes muchas veces; los materiales de la rejilla se expanden a diferentes velocidades térmicas; y la falla de las muestras para encontrar su camino en los agujeros de la rejilla,desperdiciando lo que a menudo son muestras limitadas.
"Solo tener que establecer los parámetros de enfoque iniciales ahorra una gran cantidad de tiempo durante la adquisición de datos", dice Cameron Varano, profesor asistente de investigación en la OSC y coautor principal de un nuevo artículo publicado en línea en la revista pequeño . "Los sustratos Protochips están hechos de nitruro de silicio, un material más rígido que las rejillas de carbono, lo que los hace menos aptos para tener deformidades locales. Y los pozos en los chips se pueden personalizar para diversos espesores y aplicaciones de hielo".
Con los nuevos sustratos, llamados Cryo-Chips, los investigadores tienen el potencial de obtener todos sus datos sobre las muestras en tan solo una hora, en lugar de lo que tomaría actualmente días.
"Este importante avance técnico nos permite abordar preguntas más desafiantes", dice Varano. "Está convirtiendo el cryo-EM de un arte en una ciencia".
En su artículo, "Cryo-EM-on-a-Chip: sustratos diseñados a medida para el análisis 3D de macromoléculas", los investigadores eligieron tres estudios de caso para los que este tipo de imagen podría ser útil. El primer estudio fue uncomparación de la rejilla de carbono con agujeros y el Cryo-Chip utilizando partículas de rotavirus, un modelo estándar en los estudios de cryo-EM debido a su gran tamaño y forma simétrica. Vieron un mayor contraste con el sustrato Cryo-Chip, así como una mayor retención de muestrasen los pozos personalizados.
El segundo estudio, utilizando conjuntos de proteínas BRCA1 mucho más pequeños y asimétricos aislados de células de cáncer de mama, también mostró un contraste mejorado con límites de borde más fuertes, lo que los hace mucho mejores candidatos para las rutinas de procesamiento de imágenes automatizadas.
"Para nuestro tercer ejemplo, decidimos analizar algo más desconocido, y que se deriva de otro tipo de cáncer, P53, de las células de cáncer de cerebro", dice Kelly. "P53 es la molécula más mutada en casi todos los cánceres en todo elSin embargo, nadie ha reunido cómo se ve su estructura 3D completa en el cáncer. Mediante nuestro nuevo enfoque de microchip, pudimos ver características en estos importantes conjuntos de p53 que le dan a este cáncer una ventaja para la supervivencia ".
Kelly y Varano, quienes recientemente se mudaron a Penn State desde Virginia Tech, esperan llevar estas muestras biomédicamente importantes al siguiente nivel como parte de la misión para el nuevo CSO, parte de los Institutos Huck de Ciencias de la Vida.
"Con el microscopio recién construido en el campus de University Park y las herramientas Cryo-Chip en la mano, esperamos hacer la transición de nuestro trabajo de imágenes de alto rendimiento a rendimiento inteligente", dice Kelly. "Lo que es realmente bueno de nuestra colaboración con Protochipses que enfatiza la asociación empresa / académico. De esa manera, todos podemos crecer juntos "
El co-autor principal Nick Alden, fue estudiante graduado de Kelly en Virginia Tech, y se unirá al programa de doctorado en ingeniería biomédica en Penn State este otoño. Otros autores incluyen William Dearnaley y Maria Solares de Penn State; Yanping Liang y ZhiSheng, de Virginia Tech; Sarah McDonald de la Universidad Wake Forest; y John Damiano, Jennifer McConnell y Madeline Dukes de Protochips, Inc. William Luqiu, un graduado de la Escuela de Ciencia y Tecnología del Gobernador del Valle de Roanoke, también participaron en la informática.aspectos de la investigación.
Los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto Nacional del Cáncer apoyaron este trabajo. La Universidad de Virginia-Virginia Tech Carilion Seed Fund Award y la Cartledge Charitable Foundation proporcionaron apoyo adicional.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Walt Mills. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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