Optisk pincett synliggör cellens syrebärare
Den optiska pincetten har kommit för att stanna. Med rötter i atomfysiken, är den i kombination med ny optik på väg att bli ett viktigt verktyg för biologin. Kerstin Ramser är experimentell fysiker och har i sin avhandling vid Chalmers studerat syrebärande proteiner, hemoglobin och neuroglobin, på plats i levande enstaka celler. Hennes arbete ger en väg framåt för att förstå hur skador i celler kan förebyggas och repareras.
En optisk pincett arbetar med hjälp av laserljus som riktas ner genom objektivet i ett mikroskop för att fixera olika objekt som ska skärskådas. Det fina är att man kan hålla fast mycket små enheter, som en enstaka cell, utan beröring och utan att cellens form påverkas. Ursprungligen togs pincetten fram för atomfysik, men har under senare år blivit allt viktigare för biologiska tillämpningar.
Kerstin Ramser har använt en optisk pincett för att studera enstaka celler och dess syretransporter. Hon har tittat på så kallade heme-proteiner, som bland annat transporterar syre till cellen och oönskade ämnen bort från den. Deras funktion är oerhört viktig för kroppens celler när syrebrist uppstår.
Med hjälp av pincetten hålls cellen på plats. Sedan görs en så kallad Raman-spektroskopi som fastställer olika ämnen i cellen. Denna metod ger detaljerad information om molekylära tillstånd och visar till exempel förekomsten av syre mycket specifikt.
Den tredje viktiga delen i processen är att kunna arbeta i så kallade mikrofluidala system, som är ett labb på miniatyrnivå, “labb på ett chip”.
– På så sätt kan man rensa miljön kring cellen och få en extremt bra kontroll, till exempel se till att det inte finns syre alls och se vad som händer, säger Kerstin Ramser.
Kerstin Ramser började sitt arbete med att titta på blodceller där det syrebärande proteinet är hemoglobin. Tillsammans med kollegorna i forskargruppen blev hon först i världen med att studera hemoglobinets syretransport i enskilda röda blodceller.
Samarbete satte fokus på nyupptäckt protein
Genom samarbete med Universitetet i Antwerpen, Belgien, fick Kerstin Ramser möjlighet att studera neuroglobiner, en grupp proteiner som upptäcktes först år 2000. Det är inte helt klart vilken deras uppgift är, men de fungerar som syretransportörer och finns bland annat i hjärnans neuroner. Forskargruppen i Belgien hade tidigare studerat “renade” neuroglobiner. Med Kerstin Ramsers experimentuppställning blev det möjligt att studera dem i levande celler. Neuroglobin är ett stabilare protein än hemoglobin, bland annat mindre ljuskänsligt. Det finns också i ögat.
– Mitt arbete bekräftade till stor del den belgiska gruppens tidigare studier av hur neuroglobiner beter sig. Det viktigaste är att vi utvecklat en framkomlig väg för att gå vidare och klarlägga deras roll ännu närmare.
En teori är att det fungerar som ett extra syrelager till hjärnas celler när något händer som orsakar syrebrist. Att undersöka mekanismerna är viktigt för att förstå hur skador i celler kan förebyggas eller repareras.
Över gränserna
En förutsättning för Kerstin Ramsers arbete har varit att det kunnat utföras över disciplingränserna. Hennes handledare Dag Hanstorp är professor vid Göteborgs universitet och forskargruppsledare för gruppen Optical Manipulation and Bioimaging. Gruppen ingår i Chalmers biocentrum, en satsning som inbegriper forskare vid Chalmers som Göteborgs universitet från olika ämnesområden.
Dag Hanstorp var med och startade området Optical Manipulation and Bioimaging.
– Vår specialitet är att arbeta med optiska pincetter. De har funnits ett tag, men först i kombination med den nya optiken kom metoder för att få fram information. Då blev det riktigt intressant för biologiska tillämpningar. Från att titta på tusentals celler i ett provrör kan man nu studera dem en och en.
I fokus för forskargruppen är just nu forskning på jästceller och att utveckla systemet med mikrofluidik.
Vid den aktuella konferensen ” Samtal om bioteknik: Livets spektrum”, 22-23 mars, är temat bioimaging och flera deltagare i gruppen håller föredrag. Konferensen är tänkt som mötesplats för forskare från skilda ämnesområden som arbetar med bioteknik och mikroskopi.
Läs mer om konferensen:
http://chalmersnyheter.chalmers.se/Article.jsp?article=6653
Kerstin Ramsers avhandling heter “Optical manipulation and spectroscopy of single functional globin-containing cells in microfluidic systems” och försvaras vid en offentlig disputation den 24 mars kl 10.00 i sal Kollektorn, Kemivägen 9, Chalmers tekniska högskola, Göteborg.
Läs avhandlingens abstract i Chalmers publikationsdatabas, CPL:
http://publications.lib.chalmers.se/records/full_record/fetchall.xsql?pubid=17759&back=yes
Kontaktinformation
För mer information, kontakta:
Kerstin Ramser, Optical Manipulation and Bioimaging, Chalmers.
Tel: 031-772 3385
E-post: k.ramser@fy.chalmers.se
Handledare: Professor Dag Hanstorp, Optical Manipulation and Bioimaging, Avdelningen för atomfysik, gemensam för Chalmers tekniska högskola och Göteborgs universitet. Dag Hanstorp är anställd vid Göteborgs universitet.
Tel: 031-772 32 74
E-post: dag.hanstorp@physics.gu.se
