בחינת תאי חיים בהקשר הרלוונטי מבחינה פיזיולוגית שלהם היא קריטית להבנת הפונקציות הביולוגיות של יעדים סלולריים. עם זאת, מבחני שבחנו את האינטראקציה בין ערוצים וחלבונים cytoplasmic רגולציה, כגון מבחני coimmunoprecipitation, בדרך כלל לספק מעט מידע על הקורס של אינטראקציות בתאים חיים בזמן. רוב מבחני תא מבוסס הנוכחיים למדוד אירוע תאי ספציפי, כגון טרנסלוקציה של חלבונים מתויגים fluorescently של עניין. מבחני אלו דורשים שינויים של החלבונים של עניין, אשר יכולה לשנות את ההתנהגות של החלבון ולהקטין את הרלוונטיות הפיזיולוגיות של היעד. מבחני תא פולשנית מבוססים, אשר אינו דורשים מניפולציה של המערכת, לספק מדידה רציפה של פעילות תאית ומאפשרים מחקרים של תאים ברוב רלוונטי מבחינה פיזיולוגית שלהם מדינת 4.
biosensors האופטי מתוכננים לייצרשינוי שניתן לכמת במאפיין של האור שהוא מצמידים את משטח החיישן. biosensors האופטי לנצל גלי חלוף, הכולל משטח תהודה plasmon (SPR) וצורמים גל תהודה טכניקות (RWG), היה בשימוש בעיקר כדי לזהות את הזיקות וקינטיקה של מולקולות נקשרות לרצפטורים הביולוגיים שלהם משותקים על משטח החיישן. לאחרונה, biosensors RWG זמין מסחרי פותחו על מנת לאפשר זיהוי של השינוי היחסי במסה בתוך החלק התחתון של תאים חסיד אל פני השטח החיישן ברזולוציה מרחבית גבוהה (עד 3.75 מיקרומטר / פיקסל) 5. biosensors אלה יכולים לזהות שינויים במסה ליד קרום הפלזמה של תאי חיים הנובעים מגירוי, כגון הידבקות תא ומתפשט, רעיל, התפשטות ומסלולי איתות שהושרו על ידי מגוון רחב של קולטני תא שטח כוללים קולטנים בשילוב ה-G-חלבון (GPCRs) 6 . biosensors RWG לזהות chan היחסיge במדד השבירה כפונקציה של השינוי היחסי במסה בתוך 150 ננומטר של biosensor 7. כאשר תאים מצופה לbiosensor, שינוי זה באינדקס שבירה משקף את השינוי במסה ליד קרום הפלזמה של התא כתוצאה משינוי בדבקות סלולרית לbiosensor. פרוטוקול זה יעסוק בזיהוי של אינטראקציות ערוץ חלבון באמצעות biosensors RWG.
מערכות רכישת נתונים RWG מורכבות ממספר מרכיבים. בגלל X-BODY Biosciences BIND הסורק שימש לניסויים אלה, נתייחס לרכיבים למערכת המסוימת הזה, אשר מורכב מקורא צלחת, biosensors קשור, תוכנת רכישת BIND סריקה, ותוכנת צפייה בBIND ניתוח 8. Biosensors הגבישים פוטוניים, המכונה להלן biosensors אופטי כ, מורכבים מסידור תקופתי של דיאלקטרי ומהותי ב2 או 3 ממדים אשר מונע את התפשטות אור בספציפיאורכי גל וכיוונים. מבני גבישים פוטוניים מבוססים על תופעה שנקראת האנומליה של ווד. התגלו לראשונה על ידי עץ ב1902, אנומליות אלה הן תופעות שנצפו בספקטרום של אור מוחזר על ידי שבכות שבירה אופטיות שבו וריאציות מהירים בעוצמת הזמנות עקיפה מסוימות מתרחשות בתדרים צרים מסוימים. ב1962, Hessel וOliner הציגו תאוריה חדשה של החריגות של עץ שבו צורם תקופה מוגבלת יוצרת גל תהודה עומד 9. בbiosensors האופטי שתואר כאן, חריגות של עץ משמשות לייצור biosensor RWG שכאשר מגורה עם אור לבן משקף את הלהקה רק צרה מאוד של אורכי גל (בדרך כלל בין 850-855 ננומטר).
biosensors פרט מורכב של חומר פלסטי מדד נמוך שבירה עם משטח מבנה מחזורי אשר מצופה בשכבה דקה של תחמוצת גבוהה שבירת דיאלקטרי טיטניום חומר (Tio 2). כאשר Biosensאו מואר עם רחב מקור אור באורך גל, הצורם האופטית של גבישים פוטוניים משקף טווח צר של אורכי גל של אור הנמדד על ידי ספקטרופוטומטר בסורק BIND. עוצמת השיא של אורכי הגל משתקף (שיא גל הערך, או PWV) מחושבת אז מהאות. PWV של משמרות אור על שינוי במדד השבירה כתוצאה מעלייה או ירידה במסה בתוך הקרבה (~ 150 ננומטר) של פני השטח biosensor. biosensors האופטי משולבים האגודה סטנדרטית למדעי Biomolecular (SBS) microplate 384 גם למבחנים המשמשים בניסויים אלה.
biosensors RWV משמשים לאיתור שינויים על תוספת של אותות אקסוגניים בתאים חיים 10. תאים בתרבית ישירות על גבי המשטח של biosensor RWG והשינוי במדד המקומי של שבירה הוא פיקוח על טיפול בגירויים ספציפיים. הכיוון של שינוי במסה בbiosensor יכול להיותנקבע, כי עלייה במדד המקומי של תוצאות שבירה מעלייה במסה ליד biosensor ונמדדת כגידול בPWV. לעומת זאת ירידה במסה מייצרת ירידת PWV. השינוי בPWV המזוהה יכול לנבוע מאירועים סלולריים רבים, בם שינויים בהידבקות תא, גיוס / שחרור חלבון, אנדוציטוזה ומחזור, exocytosis, אפופטוזיס, וסידור מחדש cytoskeletal. לדוגמא, assay ניתן לזהות שינויים באינטראקציות ערוץ חלבון בין תעלות אשלגן ורכיבי cytoplasmic או cytoskeletal אחרים. האירוע, לעומת זאת, חייב להתרחש בתוך אזור זיהוי ננומטר ~ 150 ליד biosensor, ובמקרה של תא מצורף, ליד קרום הפלזמה. רכישה של תגובות הסלולר מתבצעת עם תוכנת BIND Scan וייצוג דמותו של כל אחד מ384 הבארות בצלחת SBS הוא שנוצר. במערכת זו יש רזולוציה של עד 3.75 מיקרומטר / פיקסל, המאפשר זיהוי של אירועים בתאים בודדים, וניתן להשתמש בו גם עם שורות תאים (כגון תאי HEK293 או CHO) או עם יותר רלוונטי מבחינה פיזיולוגית תאים ראשוניים. ניתוח תמונה עם צפייה BIND תוכנה מאפשר זיהוי של תגובות תאיות בשני בודד ואוכלוסיות של תאים. כbiosensors ישולבו SBS הסטנדרטי 384 גם microplates, המערכת היא בקלות להתאמה לתפוקה גבוהה הקרנה (HTS).
biosensors האופטי סבכת תהודה הגל בעבר נעשה שימוש כדי לזהות שינויים במסה ליד קרום הפלזמה של תאים הבאים הפעלה של 11 GPCRs. המעבדה שלנו משובט שני ערוצים (K Na) מופעל נתרן, אשלגן, מרווח-B ו12 סליק. פעילותם של שני ערוצי המרווח-B וסליק הוכח להיות מאוד מושפע במידה רבה על ידי הפעלה ישירה של חלבון קינאז C (PKC) 13. הפעלה של רצפטורים חלבון q Gα בשילוב, כגון קולט מוסקריניים M1 ו r גלוטמט metabotropic mGluR1eceptor, בעצמה מסדיר את פעילות ערוץ באמצעות הפעלת PKC. ערוצי K נה אלה תורמים להסתגלות עצבית בזמן גירוי מתמשך ולהסדיר את הדיוק של תזמון של פעולת פוטנציאלי 14. ערוצים רפויים ידועים אינטראקציה עם מגוון רחב של מולקולות איתות cytoplasmic, כוללים FMRP, חלבון X פיגור שהכלי השביר 15,16. מוטציות בתוצאת מרווח בהתקפים חלקיים מעבר מרובים של ינקות (MMPSI), צורת התחלה מוקדמת של אפילפסיה שתוצאתה עיכוב התפתחותי חמור 17.