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Mecanismos de como as biomoléculas respondem a estímulos ambientais têm sido amplamente estudados. Em um ambiente de fluxo em particular, as forças de cisalhamento e alongamento regulam as mudanças conformacionais e potencialmente a função das biomoléculas. Exemplos típicos incluem desvendamento induzido por cisalhamento do DNA lambda e do fator von Willebrand (VWF). O DNA lambda tem sido usado como ferramenta para entender a dinâmica conformação de cadeias de polímeros individuais e flexíveis e a reologia das soluções de polímeros1,2,3,4. VWF é um sensor de fluxo natural que agrega plaquetas em locais de feridas de vasos sanguíneos com taxas de cisalhamento anormal e padrões de fluxo. O desvendamento da VWF é essencial para ativar a vinculação de plaquetas ao domínio A1 e ligação de colágeno ao domínio A3. Além disso, o desdobramento do domínio A2 induzido por cisalhamento permite o decote da VWF, que regula sua distribuição de peso molecular na circulação5,6. Assim, a visualização direta de como essas moléculas se comportam o fluxo pode melhorar muito nossa compreensão fundamental de sua biomecânica e função, que por sua vez podem permitir novas aplicações diagnósticas e terapêuticas.
Metodologias típicas para caracterizar conformações de moléculaúnica incluem pinças ópticas/magnéticas, microscopia de força atômica (AFM) e transferência de energia de ressonância Förster de molécula única (FRET)7. A espectroscopia de força de molécula única é uma poderosa ferramenta para investigar a força e o movimento associados às mudanças conformacionais de biomoléculas. No entanto, não tem a capacidade de mapear conformações moleculares globais8. A AFM é capaz de imagens com alta resolução espacial, mas é limitada na resolução temporal9,10. Além disso, o contato entre a ponta e a amostra pode confundir a resposta induzida pelo fluxo. Outros métodos como a ANÁLISE frete e nanopore determinam o dobrável e desdobramento de proteínas de molécula única com base na detecção de distância molecular e volumes excluídos. No entanto, esses métodos ainda estão em sua infância e limitados em sua observação direta de conformações unimoléculas11,12,13,14.
Por outro lado, observar diretamente macromoléculas com alta resolução temporal e espacial microscopia de fluorescência melhorou nossa compreensão da dinâmica de moléculaúnica em muitos processos biológicos15,16. Por exemplo, Fu et al. recentemente alcançaram visualização simultânea de alongamento VWF e ligação receptor a plaqueta pela primeira vez. Em seu trabalho, as moléculas vwf foram imobilizadas na superfície de um canal microfluido através de interações biotina-streptavidin e imagens reflexão interna total fluorescência (TIRF) microscopia em diferentes ambientes de fluxo de cisalhamento17. Aplicando um método semelhante ao de Fu, demonstramos aqui que conformações de DNA VWF e lambda podem ser observadas diretamente microscopia de fluorescência TIRF e confocal. Como mostrado na Figura 1,dispositivos microfluidos são usados para criar e controlar o fluxo de cisalhamento, e as biomoléculas são imobilizadas na superfície do canal. Após a aplicação de diferentes taxas de cisalhamento, conformações da mesma molécula são registradas para medir o comprimento extensão, também mostrado na Figura 1. O método poderia ser amplamente aplicado para explorar outros comportamentos de polímeros em ambientes de fluxo complexos para estudos reológicos e biológicos.