Das Journal of Visualized Experiments (JoVE) schließt das Jahr 2011 mit einer Dezemberausgabe ab, die damit beginnt, den Welt-AIDS-Tag mit einem Artikel zu ehren, der sich mit der Visualisierung der Struktur von HIV-Hüllglykoproteinen befasst, die eine kritische Komponente des viralen Infektionswegs sind.
Eine Schlüsselmethode zur Bestimmung der Virionenhüllenstruktur ist die Kryo-Elektronentomographie. Vor der Anwendung dieser Technik müssen lösliche Viren auf einem Goldgitter vitrifiziert werden - ein Prozess, bei dem Gold zu einer Virussuspension hinzugefügt, diese Suspension auf das Gitter übertragen und das Gitter in flüssiges Ethan getaucht wird. Die Viruspartikel, die sich in einem dünnen Flüssigkeitsfilm auf dem Gitter befinden, werden mit einer Geschwindigkeit von mehr als 100.000 K pro Sekunde eingefroren. Nach der Vitrifikation werden die gesammelten Proben in das Elektronenmikroskop geladen und genau definierte Bereiche auf dem Gitter mit einem fokussierten Elektronenstrahl getroffen, während das Gitter gekippt wird. Die Tilt-Reihe, die sich aus diesen Bildgebungssitzungen ergibt, besteht aus Hunderten von Einzelbildern, die ausgerichtet und gemittelt werden müssen, um einzelne Hüllproteine aufzulösen. Dieser rechenintensive Prozess erfordert oft Computercluster, die in der Lage sind, parallele Prozesse aus der Ferne zu verarbeiten, wie z. B. Biowulf vom NIH.
Nach Fertigstellung können 3D-Modelle nicht nur Einblicke in die Struktur von Hüllglykoproteinen selbst geben, sondern auch die Art und Weise aufzeigen, in der sie mit anderen Proteinen interagieren, wie dem neutralisierenden Antikörper B12, was eine Information ist, die das Impfstoffdesign stark beeinflussen kann.
Dieser Artikel aus dem Labor von Dr. Sriram Subramaniam enthält Beiträge von zwanzig Autoren, darunter nicht nur Doktoranden und Postdocs, sondern auch Mittel- und Oberstufenstudenten, die zeigen, dass man nie zu jung ist, um im Kampf gegen eine Krankheit, die weltweit über 60 Millionen Menschen infiziert hat, etwas zu bewirken.
In Clinical and Translational Medicine präsentiert JoVE einen Artikel des University College London und der University of Oxford, der die physiologischen Korrelate der Nozizeption oder Schmerzempfindung bei Säuglingen untersucht. Typischerweise reagieren Säuglinge auf schädliche Reize, indem sie weinen und ihren Gesichtsausdruck verändern - Reaktionen, die als autonom gelten und auf subkortikale Regionen des Gehirns angewiesen sind.
Um die Beteiligung der Großhirnrinde und des Rückenmarks an der Nozizeption von Säuglingen zu verstehen, bereiten unsere Autoren zunächst Säuglinge auf EEG- und EMG-Aufzeichnungen vor. Sie richten auch ein physiologisches Monitoring und eine Videoaufzeichnung ein, so dass die Mimik des Säuglings mit physiologischen Daten verknüpft werden kann. Nach der Beurteilung der Reaktionen des Säuglings auf neutrale taktile Reize wird das Baby einem Fersenschlitz unterzogen - einem klinischen Verfahren, mit dem Blutproben von Säuglingen entnommen werden. Nach der Datenverarbeitung können elektrische Potentiale zwischen schädlichen und nicht-schädlichen Reizen bei diesen Säuglingen verglichen werden, was hoffentlich zu aussagekräftigen Schlussfolgerungen darüber führt, wie nozizeptive Informationen von Neugeborenen interpretiert werden.
Die Bioengineering-Sektion von JoVE nimmt im Dezember mit einem Artikel von der University of Wisconsin, Madison, einen klinischeren Schwerpunkt ein, der die Herstellung eines kompartimentierten mikrofluidischen Geräts zur Untersuchung der Migration von Krebsstammzellen beinhaltet. Nach dem Gerätedesign werden durch Photolithographie Master-Molds für die Anwendung von Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt - einer siliciumorganischen Verbindung, die transparent und biologisch inert ist und somit für Mikrofluidik-Anwendungen mit lebenden Zellen geeignet ist. Konkret laden unsere Autoren Tumorstammzellen, die aus dem multiformen Glioblastom, einem hochgradig bösartigen Hirntumor, stammen, in die kompartimentierten Geräte und legen sie dann in ein spezielles Bildgebungssystem, das über einige Tage hinweg Daten erfasst.
Zeitraffervideos von diesen Autoren zeigen, dass Krebsstammzellen in der Lage sind, ihre Morphologie in den größenbeschränkten mikrofluidischen Kanälen zu regulieren, ähnlich wie sie es im interstitiellen Raum tun würden, und die fluidische Isolierung, die durch Kammern wie diese ermöglicht wird, erleichtert das Wirkstoffscreening nach potenziellen Therapeutika, die die Migration von Krebsstammzellen beeinflussen können.
Gegen Ende des Monats reist JoVE nach Frankreich, wo Forscher des Institute Pasteur und des Centre National de la Recherche Scientifique eine Methode zur Induktion der Expression von Kanal-Rhodopsin, einem lichtaktivierten Ionenkanal, in den Riechkolben von Mäusen sowie zur anschließenden neuronalen Stimulation mit Hilfe einer Miniatur-Leuchtdiode (LED) veranschaulichen.
Unsere Autoren geben detaillierte Schritt-für-Schritt-Anleitungen für die Vorbereitung von Injektionsnadeln und für die präzise Injektion von Viren in den rostralen Migrationsstrom, einen Ort der Migration für adulte Neuroblasten. Darüber hinaus zeigen sie, wie Miniatur-LED-Stimulationsgeräte hergestellt, kalibriert und auf ein über der Glühbirne vorbereitetes Schädelfenster implantiert werden. Insbesondere interessieren sich unsere Autoren für die Art und Weise, wie sich adulte Neuronen in bestehende olfaktorische neuronale Schaltkreise integrieren, und sie zeigen, dass die LED-Stimulation bei wach verhaltenden Tieren zur Aktivierung von viral transduzierten Neuroblasten im Riechkolben führen kann, die aus dem rostralen Migrationsstrom migriert sind.
Diese Video-Artikel umfassen die Highlights von JoVE für den Monat Dezember. Weitere bemerkenswerte kommende Artikel veranschaulichen Methoden zur Strukturierung leitfähiger Tinten in Mikroelektroden, zur Messung von zytosolischem Kalzium in kontraktilen Lymphgefäßen und zur Abbildung neuronaler Reaktionen auf Pheromone im Vomeronasalorgan.