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Seguimiento de una sola partícula

Principio del seguimiento de una sola partícula: los rectángulos representan cuadros de una adquisición de imagen en los tiempos t  = 0, 1, 2, ... Las partículas rastreadas se representan como círculos rojos y, en el último cuadro, las trayectorias reconstruidas se muestran en azul. líneas

El seguimiento de una sola partícula ( SPT ) es la observación del movimiento de partículas individuales dentro de un medio. La serie de tiempo de coordenadas, que puede ser en dos dimensiones ( x , y ) o en tres dimensiones ( x , y , z ), se denomina trayectoria . La trayectoria normalmente se analiza utilizando métodos estadísticos para extraer información sobre la dinámica subyacente de la partícula. [1] [2] [3] Estas dinámicas pueden revelar información sobre el tipo de transporte que se observa (por ejemplo, térmico o activo), el medio donde se mueve la partícula y las interacciones con otras partículas. En el caso del movimiento aleatorio, se puede utilizar el análisis de trayectoria para medir el coeficiente de difusión .

Aplicaciones

En las ciencias biológicas, el seguimiento de una sola partícula se utiliza ampliamente para cuantificar la dinámica de moléculas/proteínas en células vivas (de bacterias, levaduras, células de mamíferos y embriones vivos de Drosophila ). [4] [5] [6] [7] [8] Se ha utilizado ampliamente para estudiar la dinámica del factor de transcripción en células vivas. [9] [10] [11] Este método se ha utilizado ampliamente en la última década para comprender el mecanismo de búsqueda de objetivos de las proteínas en células vivas. Aborda cuestiones biológicas fundamentales, como por ejemplo, ¿cómo una proteína de interés encuentra su objetivo en el complejo entorno celular? ¿Cuánto tiempo se tarda en encontrar el sitio objetivo para la unión? ¿Cuál es el tiempo de residencia de las proteínas que se unen al ADN? [5] Recientemente, la SPT se ha utilizado para estudiar la cinética de la traducción y el procesamiento de proteínas in vivo. Para moléculas que se unen a estructuras grandes, como los ribosomas, se puede utilizar SPT para extraer información sobre la cinética de unión. A medida que la unión de ribosomas aumenta el tamaño efectivo de la molécula más pequeña, la velocidad de difusión disminuye tras la unión. Al monitorear estos cambios en el comportamiento de la difusión, se obtienen mediciones directas de los eventos de unión. [12] [13] Además, se emplean partículas exógenas como sondas para evaluar las propiedades mecánicas del medio, una técnica conocida como microrreología pasiva . [14] Esta técnica se ha aplicado para investigar el movimiento de lípidos y proteínas dentro de las membranas, [15] [16] moléculas en el núcleo [8] y el citoplasma, [17] orgánulos y moléculas en ellos, [18] gránulos de lípidos, [ 19] [20] [21] vesículas y partículas introducidas en el citoplasma o el núcleo. Además, el seguimiento de una sola partícula se ha utilizado ampliamente en el estudio de bicapas lipídicas reconstituidas, [22] difusión intermitente entre fases 3D y 2D (p. ej., una membrana) [23] o 1D (p. ej., un polímero de ADN) y fases sintéticas. redes de actina entrelazadas. [24] [25]

Métodos

El tipo más común de partículas utilizadas en el seguimiento de partículas individuales se basan en dispersores , como perlas de poliestireno o nanopartículas de oro que se pueden rastrear mediante iluminación de campo brillante, o partículas fluorescentes . Para las etiquetas fluorescentes , existen muchas opciones diferentes con sus propias ventajas y desventajas, incluidos puntos cuánticos , proteínas fluorescentes , fluoróforos orgánicos y tintes de cianina.

En un nivel fundamental, una vez obtenidas las imágenes, el seguimiento de una sola partícula es un proceso de dos pasos. Primero se detectan las partículas y luego se conectan las diferentes partículas localizadas para obtener trayectorias individuales.

Además de realizar el seguimiento de partículas en 2D, existen varias modalidades de imágenes para el seguimiento de partículas en 3D, incluida la microscopía de plano multifocal , [26] microscopía de función de dispersión de punto de doble hélice, [27] y la introducción de astigmatismo a través de una lente cilíndrica u óptica adaptativa.

difusión browniana

Ver también

Referencias

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enlaces externos