从单细胞分泌的分子的实时检测刺激通过X射线纳米束

31-08-2020

从活细胞中的分子的释放刺激通过体外观察到的第一次高空间分辨率的X射线照射。该现象是由利用在组合的基于金刚石的生物传感器用的X射线纳米束在单细胞水平的影响。

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电离辐射是癌症治疗的有效工具,但同时也是继发性癌症的原因之一。由于这些原因,以前的许多研究都集中于调查非致死剂量的电离辐射照射对生命系统造成的影响。特别地,我们观察到了意想不到的后果,如旁观者效应(细胞因邻近或邻近细胞内发生的事件而产生的生物反应)或异位效应(未辐射转移病灶的消退),但与这些现象相关的机制仍有许多争议。新的实验方法对于阐明这些问题是必要的,特别是在神经元水平上诱导的效应的研究中,这大部分是未知的。

在此背景下,通过在beamline的实验首次观察到x射线照射引发的细胞分子释放ID16B。具体地,进行分泌神经递质从单个神经分泌细胞实时安培检测。

今天,放疗与免疫疗法组合具有越来越多的共识,提供用于改善abscopal响应的效力,延长了使用放疗给转移性疾病的机会。因此,辐射诱导的分泌表示可以被研究以确定有效的肿瘤治疗的未知影响。

在这项研究中,PC12细胞系采用,这是从已被永生化无限增殖大鼠肾上腺髓质嗜铬细胞瘤(肿瘤)的。该细胞系呈现分子的分泌小泡(胞吐作用)介导含儿茶酚胺,多巴胺大多和去甲肾上腺素的有限量的[1]。

蜂窝胞吐活性使用基于金刚石的生物传感器包括装备有石墨微通道保证从单个细胞[2,3]的生物信号的并行检测的多电极阵列的单结晶基板的监测。此外,传感器也能由这是用于将单细胞照射期间与所述电流分析法记录的透视输送开始时间同步的X射线束的通道产生的光电流的同时检测。

在实验中,使用相同的电子链同时检测剂量测定,并且由于光电流引起的生物物理信号和生物信号可归因于胞吐作用的事件是由不同的时间尺度特征,因此被同时记录在单个chronoamperograms。乐动MG电子

照射是使用一个在空中聚焦X射线束与17.4千电子伏的能量和为55nm×60nm的斑点尺寸。的生物传感器,与所述前端电子正确连接,在实验过程中被放置在X射线束的焦平面,其对应于与常规光学显微镜允许样品观察的(图1)。PC12细胞系被直接镀在基于金刚石的传感器上。

单细胞照射装置和PC12细胞镀在传感器上的透射显微照片

图1。一个)单细胞照射设置。照射装置的立体示意图。X射线纳米束聚焦在垂直安装的基于金刚石的传感器。b)中镀覆的传感器PC12细胞的透射显微照片。

照射以7×10通量靶向单细胞进行8光子小号-1,剂量足够低,以保持细胞存活而同时检测两个光电流和胞吐信号。该chronoamperogram报道图2有两个感兴趣的区域以红色和绿色突出。红色,该地区与x射线的特点是广泛和强烈的山峰与检测相关的光电流许多重叠的测量电流的峰值表示强烈的刺激exocytotic模式开始后的光栅扫描x射线在PC12细胞最初是沉默。在绿色区域,关闭x光后,分泌活动仍然存在几分钟,然后变得无法检测。

x射线诱导的胞吐的安培记录和直方图说明特征参数的胞吐事件的x射线刺激和自发事件乐动MG电子

图2。a) x射线诱导胞吐的安培记录。光束的开关被突出显示。b) PC12细胞自发性胞外活动的典型时安培图。乐动MG电子c)放大图(a)和(b)中分别标记为*和**的峰值。d) x射线刺激和自发事件胞外活动特征参数的直方图。乐动MG电子我最大,最大峰值电流;Q,量子费;Ť1/2全宽度半最大值;女,频率。

分析了从辐照细胞和对照培养(PC12细胞系以相同的方法镀上但未辐照)中检测到的安培尖峰的动力学(全宽半最大)和强度参数(最大峰值电流和量子电荷)。所获得的值在统计上是兼容的,揭示了分泌途径仍然没有改变的x光处理细胞。同时,频率参数(单位时间内的尖峰数)的特征是在照射期间显著增加,这是x射线选择性地刺激胞外活动的直接证据。

总之,组合使用的金刚石基于多电极生物传感器和同步加速器纳米X射线束使能在通过记录在实时分泌活性电离辐射的作用的单细胞水平的研究,同时监视所递送的光束。这种方法打开了放射生物学实验为与亚微米空间分辨率的特定细胞器辐射效应研究的新观点。此外,多巴胺释放的X射线刺激的观察表示的,可以通过放射治疗潜在地具有用于癌症治疗很大影响的新颖效果的第一个示范。

主要出版刊物及作者
F. Picollo (a,b), G. Tomagra (a), V. Bonino (a,b), V. Carabelli (a), L. Mino (a), P. Olivero (a,b), a . Pasquarelli (c), M. Truccato (a,b)触发单细胞分泌神经递质NanoLetters20,3889(2020);DOI:10.1021 / acs.nanolett.0c01046
都灵(一)大学(意大利)
(二)核物理研究所 - INFN,都灵(意大利)
(三)乌尔姆大学(德国)

参考文献
[1] Tomagra G.等,生物物理化学253106241(2019)。
[2] Picollo F。et al。先进材料25,4696(2013)。
[3] Tomagra G.等,152,424(2019)。