November 12th, 2020
تهدف هذه المقالة إلى تقديم بروتوكول حول كيفية بناء مجهر التحليل الطيفي للارتباط الفلوري (svFCS) لقياس الانتشار الجزيئي في الغشاء البلازمي للخلايا الحية.
يزال العرض الحالي للتنظيم الجانبي لغشاء البلازما غير مكتمل. لهذا السبب ، من المهم تنفيذ بعض التقنيات المبتكرة الجديدة مثل التباين الموضعي والتحليل الطيفي للارتباط الفلوري. هذه تقنية قوية للغاية تتميز بالوقت الممتاز والدقة المكانية.
علاوة على ذلك ، فهو غير جراحي ويجعل من الممكن دراسة أغشية الخلايا في ظل الظروف الفسيولوجية. كل يوم قبل إجراء التجربة ، افتح جميع أغشية القزحية واستخدم مقياس الطاقة لقياس طاقة الليزر مع فتح القزحية الأولى بالكامل. أدر لوحة المنتصف لتحديد الطاقة القصوى.
إذا كانت قوة الليزر أقل من المعتاد ، فاستخدم القزحية للتحقق من المحاذاة وحرك L1 و M1 بالتناوب حسب الضرورة. ثم لاحظ قيمة الطاقة في دفتر ملاحظات المختبر. للتحقق من مسار الكشف ، ضع الماء وزلة غطاء وقطرة من محلول نانومولار rhodamine 6G على الهدف.
ثم قم بتشغيل برنامج الارتباط وتسجيل البيانات. يجب أن تعرض وظيفة الارتباط التلقائي كمية منخفضة من الضوضاء وحجم نفايات صغير ومعدل عد مرتفع لكل جزيء في الثانية. لمعايرة حجم البقعة ، ضع زلة غطاء مشفرة بزراعة الخلايا على هدف الغمر في الماء وأضف 200 ميكرولتر من محلول نانومولار rhodamine 6G إلى زلة الغطاء.
اضبط طاقة شعاع الليزر 488 نانومتر على 300 ميكروواط وفي البرنامج ، حدد منفذ مجهر الكشف عن الإضاءة svFCS. قم بتشغيل APD وافتح القزحية حتى تسقط إشارة للحصول على الحد الأدنى لحجم النفايات أو أغلقها للحصول على حجم نفايات أكبر. سجل حوالي 10 وظائف ارتباط تلقائي مدتها 20 ثانية لتحسين قابلية التكرار الإحصائي وإيقاف تشغيل APD.
في برنامج تحليل البيانات المناسب ، تحقق من عمليات التشغيل ذات التقلبات القوية بسبب المجاميع الجزيئية وتجاهلها ، ثم قم بتركيب متوسط وظيفة الارتباط التلقائي المحتفظ بها مع نموذج انتشار ثلاثي الأبعاد ، واستخرج متوسط وقت الانتشار من معلمات التركيب واحفظ البيانات كملف TXT. لتحليل svFCS ، اضبط شعاع 488 نانومتر يعمل بالطاقة بين اثنين إلى أربعة ميكرووات وقم بموازنة العينات لمدة 10 دقائق عند 37 درجة مئوية. حدد منفذ مجهر الكشف عن الإضاءة svFCS ، وعلى APD.
بعد ذلك ، قم بإجراء فحص XY ومسح Z للخلية المحددة. حدد غشاء البلازما في الجزء العلوي من الخلية لتحديد موقع البقعة متحد البؤر بأقصى شدة مضان وبدء الحصول على البيانات. في برنامج الارتباط ، سجل سلسلة واحدة من 20 ، خمس ثوان.
بعد التشغيل الأخير ، قم بإيقاف تشغيل APD وتجاهل أي عمليات تشغيل غير متوقعة كما هو موضح. قم بتركيب متوسط وظيفة الارتباط التلقائي مع نموذج انتشار ثنائي الأبعاد ثنائي الأنواع واحفظ معلمات التركيب في ملف TXT المحفوظ مسبقا. عندما يتم تسجيل جميع الخلايا ذات الأهمية ، قم بتحليل ما لا يقل عن أربعة أحجام نفايات تتراوح بين 200 إلى 400 نانومتر لإنشاء قانون انتشار واحد.
ثم في MATLAB ، حدد مجلدا يحتوي على جميع ملفات TXT المقابلة لأربع تجارب على الأقل لحجم النفايات ورسم وقت الانتشار مقابل النفايات المربعة. في هذا الشكل ، يمكن ملاحظة قانون الانتشار ل Thy1-GFP المعبر عنه في خلايا Cos7. قانون الانتشار له قيمة زمني موجبة صفرا ، مما يشير إلى أن Thy1-GFP محصور في هياكل مجال النانو لغشاء البلازما.
في هذا التحليل ، أدى علاج أوكسيديز الكوليسترول للخلايا التي تعبر عن Thy1-GFP إلى تحويل قيمة وقت قانون الانتشار صفر إلى 7.36 زائد أو ناقص 1.34 مللي ثانية. التأكيد على أن طبيعة حبس Thy1-GFP تعتمد على محتوى الكوليسترول ويرتبط بمجالات نانو طوف الدهون. كما لوحظ انخفاض طفيف ولكنه كبير في محتوى الكوليسترول الكلي عند العلاج بأكسيديز الكوليسترول.
نظرا لأن هذا الإنزيم يعمل فقط على تجمع الكوليسترول الذي يمكن الوصول إليه في النشرة الخارجية لغشاء البلازما ، فإن هذه البيانات تشير إلى أن الانخفاض الملحوظ في الكوليسترول يرتبط فقط بغشاء البلازما ويسبب زعزعة استقرار مجالات نانو الطوفة الدهنية. أهم شيء عند محاولة هذا الإجراء هو المعايرة المناسبة لنظام svFCS وإعداد الخلايا للتحليل. svFCS هي أداة ممتازة لدراسة تنظيم غشاء الخلية.
ومع ذلك ، يمكن استخدامه أيضا لتحليل انتشار الجزيئات داخل الخلايا. يمكن تنفيذ هذه التقنية بنجاح في الطب الحيوي من أجل تحديد تأثير الأدوية المحتملة على الخلايا الحية مثل الخلايا السرطانية.
تقدم هذه المقالة بروتوكولًا لبناء مجهر التحليل الطيفي الترابطي للتوهج (svFCS) لقياس انتشار الجزيئات عند غشاء البلازما للخلايا الحية. توفر التقنية دقة زمنية ومكانية ممتازة بينما تكون غير جراحية.
Spot variation Fluorescence Correlation Spectroscopy (svFCS) enables high-resolution analysis of molecular diffusion at the plasma membrane under physiological conditions, providing critical insights into membrane organization and lipid raft dynamics. This capability supports target validation by elucidating the biophysical context of membrane-associated proteins, informing mechanistic de-risking in early discovery. The method’s non-invasive nature and compatibility with living cells enhance its utility in preclinical screening and translational biomarker studies.
svFCS fits within the discovery continuum from target hypothesis testing through lead identification to preclinical validation, offering a biophysical layer of characterization that complements biochemical and phenotypic assays.