Исследователи из Лаборатории фундаментальной биофотоники (LBP) инженерной школы EPFL смогли отслеживать эти движущиеся заряды в режиме реального времени совершенно неинвазивным образом. Вместо того, чтобы наблюдать сами мембраны, они смотрели на окружающие молекулы воды, которые, помимо сохранения целостности мембраны, меняют ориентацию в присутствии электрических зарядов.
Таким образом, «прочитав» их позицию, исследователи смогли создать динамическую карту того, как заряды переносятся через мембрану.Метод исследователей только что был опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Это могло бы пролить свет на то, как функционируют ионные каналы, а также на другие процессы, происходящие в мембранах.
Этот клинически жизнеспособный метод потенциально может быть использован для прямого отслеживания активности ионов в нейронах, что углубит знания исследователей о том, как работают нервные клетки. «Молекулы воды можно найти везде, где есть липидные мембраны, которым нужны эти молекулы для существования», — говорит Сильви Рок, глава LBP. «Но до сих пор большинство исследований мембран не рассматривали эти молекулы. Мы показали, что они содержат важную информацию».Исследователи сделали это с помощью уникального микроскопа второй гармоники, изобретенного в LBP.
Эффективность визуализации этого микроскопа более чем на три порядка выше, чем у существующих микроскопов второй гармоники. С помощью этого микроскопа исследователи получили изображения молекул воды в масштабе времени 100 миллисекунд.Чтобы исследовать гидратацию липидных мембран, исследователи комбинируют два лазера с одинаковой частотой (фемтосекундные импульсы) в процессе, который генерирует фотоны с разной частотой: это известно как свет второй гармоники. Он генерируется только на границах раздела и раскрывает информацию об ориентации молекул воды. «Мы можем наблюдать, что происходит на месте, и нам не нужно изменять окружающую среду или использовать громоздкие маркеры, такие как флуорофоры, которые могут нарушить движение молекул воды», — говорит Орли Тарун, ведущий автор публикации.
Наблюдаются неожиданные колебания зарядаС помощью этого метода исследователи наблюдали колебания заряда в мембранах.
Такие колебания были ранее неизвестны и намекают на гораздо более сложное химическое и физическое поведение, чем считается в настоящее время.