Korrelatív biomedicinális képalkotó eljárások

Hasonló dokumentumok
Nanodiagnosztika: Nanopartikulum alapú in vivo képalkotás

Nanomedicina Szimpózium, Nanomechanika: Egyedi Biomolekulák Manipulálása. Kellermayer Miklós

Pozitron-emissziós tomográf (PET) mire való és hogyan működik?

A fény terjedése és kölcsönhatásai

Modern mikroszkópiai módszerek

Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

A fluoreszcencia orvosibiológiai. alkalmazásai. Fluoreszcencia forrása I. Fluoreszcencia alkalmazások. Kellermayer Miklós

Fény- és fluoreszcens mikroszkópia. Szuperrezolúciós mikroszkópia

Egyedi molekula vizsgálatok

2. AKTIN-KÖTŐ FEHÉRJÉK

DNS, RNS, Fehérjék. makromolekulák biofizikája. Biológiai makromolekulák. A makromolekulák TÖMEG szerinti mennyisége a sejtben NAGY

Biomolekuláris szerkezet és dinamika vizsgálata. Gerjesztés során elnyelt energia sorsa. Fluoreszcencia és különleges alkalmazásai

Száloptika, endoszkópok

A biológiai mozgás molekuláris mechanizmusai

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

Fény kölcsönhatása az anyaggal:


Emlékeztető. az ELTE Kémiai Doktori Iskola Tanácsának március 17 i üléséről

Szegedi Biológiai Kutatóközpont Tudományos Diákkör. Dr. Kiss Antal. kiss.antal(at)brc.mta.hu.

Rövid anyagtudomány. Biomolekulák és sejtek mechanikai tulajdonságai ÉL SEJT: MOLEKULAGÉPEZETEK SOKASÁGA MIÉRT EGYEDI MOLEKULÁK?

Polgármester. Egyéni választókerületi képviselők

Lumineszcencia alapjelenségek

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

Az élő sejt fizikai Biológiája: motorfehérjék, egyensúlytól távoli folyamatok

Nanotechnológia. Vonderviszt Ferenc. Veszprémi Egyetem Nanotechnológia Tanszék

A titin PEVK domén aktinkötő és mechanikai tulajdonságai

MULTIDROG REZISZTENCIA IN VIVO KIMUTATÁSA PETEFÉSZEK TUMOROKBAN MOLEKULÁRIS LEKÉPEZÉSSEL

A titin óriás izomfehérje globális szerkezetének és rugalmasságának vizsgálata

Lumineszcencia Fényforrások

Egyéni Összetett Jegyzõkönyv - III.korcsoport

Név Város Iskola Felkészítő tanár összesen

Kollár Veronika

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER FUTÓ KINGA

Miért egyedi molekulák? Miért egyedi molekulák? Biomolekulák és sejtek mechanikai tulajdonságai. Élő sejtben: molekulagépezetek sokasága

Miért egyedi molekulák?

KÉRDŐÍV PÁLYÁZATOK ELBÍRÁLÁSÁNAK SZEMPONTJAIHOZ

A LÁTÁS BIOFIZIKÁJA. D szem = 63 dioptria, D kornea = 40, D lencse = 15+ Rövidlátás myopia, Asztigmatizmus cilinderes lencse

Nagytöltésű ionok áthaladása nanokapillárisokon

Mozgékony molekulák vizsgálata modern mikroszkópiával

Képalkotás a pásztázó elektronmikroszkóppal

2 591 Imre Gabriella Master3 (1955) 1:46:56. Férfi Kerékpár 36 km gyermek, U Wolf Ede Márkó U15 (1998) 1:33:46

Molekuláris Képalkotás

NANOPARTIKULUMOK BEJUTÁSA AZ IDEGRENDSZERBE: A VÉR-AGY GÁT SZEREPE

/5 20_Mezogazdasagi_I._fordulo

Abszorpciós fotometria

Gamma-kamera SPECT PET

NUKLEÁRIS MEDICINA DEFINÍCIÓ. Szilvási István SE ÁOK Nukleáris Medicina Tanszék és Honvédkórház 2013 RADIOIZOTÓPOK A MEDICINÁBAN HEVESY GYÖRGY

A harántcsíkolt izom struktúrája általános felépítés

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

Lumineszcencia mindenütt. Fehérjék szerkezetvizsgáló módszerei. Lumineszcencia mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Lumineszcenciás technikák

Lézer. Lézerek mindenütt. Lézer: Lézer

Atomszerkezet. Fehérjék szerkezetvizsgáló módszerei. Molekulaszerkezet. Molekula energiája. Lumineszcenciás technikák. E e > E v > E r. + E v.

Fluoreszcencia polarizáció, anizotrópia FRAP

Jellemzői: általában akaratunktól függően működik, gyors, nagy erőkifejtésre képes, fáradékony.

Sejttenyésztési alapismeretek

A Tömegspektrométer elve AZ ATOMMAG FIZIKÁJA. Az atommag szerkezete (40-44 oldal) A tömegspektrométer elve. Az atommag komponensei:

A szívbetegségek képalkotó diagnosztikája. SZTE ÁOK Radiológiai Klinika, Szeged

K68464 OTKA pályázat szakmai zárójelentés

A jelenség magyarázata. Fényszórás mérése. A dipólus keletkezése. Oszcilláló dipólusok. A megfigyelhető jelenségek. A fény elektromágneses hullám.

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Tartalom. A citoszkeleton meghatározása. Citoszkeleton. Mozgás a biológiában A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER 12/9/2016

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Citoszkeleton. Sejtek rugalmassága. Polimer mechanika: Hooke-rugalmasság. A citoszkeleton filamentumai. Fogászati anyagtan fizikai alapjai 12.

2015. június 29. hétfő 9 óra Terem: N I. Bizottság

A robbanékony és a gyorserő fejlesztésének elmélete és módszerei

Izombiofizika. Izom. Izomkutatás: Hungarikum. Mozgásra, mozgatásra specializálódott sejt illetve szövet. Csak húzni képes, tolni nem (...).

Konfokális mikroszkópia elméleti bevezetõ

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Az elektromágneses anyagvizsgálat alapjai

Molekuláris motorok működése

Mérés és adatgyűjtés

MOTORENZIMEK MŰKÖDÉSÉNEK SOKFÉLESÉGE

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

Székesfehérvár művészete projektnyitó tanácskozás november 7. Székesfehérvári Városháza díszterme Program

Szerves kémiai analízis TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

11/15/10! A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER! Polimerizáció! Polimerizációs egyensúly! Erő iránya szerint:! 1. valódi egyensúly (aktin)" Polimer mechanika!

Sejtmozgás és adhézió Molekuláris biológia kurzus 8. hét. Kun Lídia Genetikai, Sejt és Immunbiológiai Intézet

ATTOSZEKUNDUMOS IMPULZUSOK

Mikrofluidikai és digitális mikrofluidikai alkalmazások Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar

Vasúti pálya függőleges elmozdulásának vizsgálata

Bevezetés az áramlási citometriába

A nukleáris pulmonológia fejlődése

JEGYZŐKÖNYV a Villamosmérnöki és az Informatikai Tudományok Habilitációs Bizottság és Doktori Tanács március 28-i üléséről

HERG csatorna kötődést igazoló PET diagnosztikum fejlesztése

DEBRECENI ÜGYVÉDI KAMARA

Szent István Kupa Versenynaptári szám: 453/B-08/03 Zalaegerszeg, augusztus 05. Göcsej Sportlövész Egyesület

Jeles napok. 23 pont. 34 pont. 26 pont. 37 pont. 31 pont. 295 pont. 35 pont. 34 pont. 42 pont. 33 pont. Szerezhető pontszám. 1. Balázs Krisztina 4.

Komplex egyszerű Aktin alapú mikrofilamentum rsz. Hogyan vizsgálhatunk folyamatokat? Komplex egyszerű S E J T

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER (Nyitrai Miklós, )

Atomi és molekuláris kölcsönhatások. Pásztázó tűszondás mikroszkópia.

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA AZ IZOMMŰKÖDÉS 1. kulcsszó cím: A SZERVEZETBEN ELŐFORDULÓ IZOM- SZÖVETEK TÍPUSAI 1. képernyő cím: Sima izomszövet

TORNA DIÁKOLIMPIA ORSZÁGOS ELŐDÖNTŐ I. Terület 2009/2010 tanév Budapest, március 20. V-VI. korcsoport "B" kategória fiú csapatbajnokság

Laterális feloldás és képminőség javítása vonalpásztázó tomográfiás optikai mikroszkópban

II. Cserhát Tour. 80 km nemenkénti és kategóriánkénti eredménylista. Nem/Kategória:

Biomolekulák mint polimerek. Milyen alakúak a biopolimerek? 4/22/2015. Biopolimerek osztályozása hajlékonyságuk alapján

Műszer pályázat

Neurotoxikológia VII. Neurotoxikológiai vizsgáló módszerek elektrofiziológia és viselkedésvizsgálat

Átírás:

Magyar Geofizikusok Egyesülete 2016. február 17. Korrelatív biomedicinális képalkotó eljárások Kellermayer Miklós Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet

Térbeli problematika Tomográfiás képalkotás Felbontás: leképezőrendszer geometriájától függ Diffrakciólimitált képalkotás Meikle et al., Phys. Med. Biol. 50 (2005) R45-R61 Tárgy Fókuszsík Kép DE! 50 nm Felbontás: hullámhossztól függ AFM: miozin molekula Fluoreszcencia: PGK - Alexa 488

Időbeli problematika DE! Fluoreszcencia - nanoszekundum

Erőtér problematikája Kémiai erőtér koncentráció [funkcionális információ; ideálisan diszkrét jel - csak akkor detektálható, ha valamilyen funkció bekövetkezik (pl. interakció, kötődés, enzimreakció, stb.)] Elektromos erőtér feszültség, feszültségvektor-változások Mechanikai rugalmasság, erőgenerálás biológia elhanyagolt paramétere

3M... molecule - mouse - man AFM (AR MFP1D, MFP3D, Cypher) Lézercsipeszek multifoton mikroszkóp nanospect/ct nanopet/mri 2 nm atomok csillám felületen 99mTc-DTPA: BBB - kék/vörös) 201Tl-DDC: perfúzió - zöld 200 nm liposzómák vesekéreg EKG-kapuzott 18FDG PET/MRI Berlini-kék multimodáli kontrasztú nanopartikulumok

Molekulák - miért egyenként? 1. Egyéneket (tér- és időbeli tajektóriák) azonosíthatunk sokaságban 2. Sztochasztikus folyamatokat ismerhetünk meg Intenzitás (a.u.) Sokaság - mikrotubuláris rendszer Egyedi mikrotubulusok - treadmilling Sokaság - intenzitás Idő (s) Egyedi kvantumpont - pislogás ( blinking ) 3. Párhuzamos útvonalakon zajló folyamatokat azonosíthatunk Kigombolyodott állapot 4. Biomolekulák mechanikáját jellemezhetjük von Willebrand faktor Kinezin F1F0 ATPáz Riboszóma Konformációs tér Natív állapot

Egyedi aktin filamentumok fluoreszcencia mikroszkópban Izom Izomrost Miofibrillum Rodamin-jelölt aktin filamentumok motilitása - érzékenyített epifluoreszcencia videomikroszkópia Szarkomer Aktin filamentum 50 µm Miozin Vastag filamentum Szubsztrát Bárdosné Nagy Irén Agócs Gergely

Molekula vizualizálás AFM-mel Atomerőmikroszkóp (AFM) RNS-DNS hibrid 50 nm 50 nm Pongor Csaba Miozinmolekula 100 nm Miozin filamentum Nanospatula Simon Melinda Lakatos Eszter Brennan Decker Kiss Balázs Murvai Ünige 200 nm Liposzómák Bozó Tamás Dezmin filamentum 100 nm 400 nm Amiloid fibrillum

Vírus kapszid nanomechanika kapszid beroppanás ( trepanatio ) Vörös Zsuzsanna 20 nm T7 bakteriofág AFM képe kapszomér rugalmas deformáció Erő (nn) Ionel et al. J.Biol.Chem. 286, 234, 2010. Zhmurov et al. J.Phys.Chem.B 115, 5278, 2011. landolás a kapszidon 50 nm Elmozdulás (nm)

Biomolekula manipulálás fénnyel Tractor beam, Star Trek Lézer 3 µm-es latex mikrogyöngy a lézercsipeszben F Mikroszkóp objektív F Grádiens erő Fénytörő mikrogyöngy EGYENSÚLY: LÉZERCSIPESZ Szórási erő (fénynyomás) E. coli baktériumsejt Aktin filamentum Fáziskontraszt kép DNS Fluoreszcencia kép mikrogyöngy mozgatható lézercsipeszben mikrogyöngy stacionárius lézercsipeszben Arai et al. Nature 399, 446, 1999.

Megnyúlás (µm) Erő (pn) Titin manipulálás konstans-erő lézercsipesszel Kardiomiocita Mártonfalvi Zsolt Titin Pasquale Bianco Ig-domén Ig-domén FN-domén Ig-domén 7 db ß-lánc 4 nm Lézercsipesz Referencia jel (erő) Csapdázott gyöngy Mozgatott gyöngy 120 pn Mért jel (+/-) (erő) Σ Kvantált nyúlás: domének lépésenkénti kitekeredése titin ~28 nm Latex gyögy Feedback vezérlés mozgatható mikropipetta Vezérlés (+/-) (piezo mozgás) Idő (s)

Hol vannak az erővel kitekert titin domének? Relaxált titinmolekulák (AFM) Titinnyújtás meniszkusz erővel oldatcsepp! M titin! Rugalmas erő 500 nm ~30 nm 50 nm G G 1000 nm Fst=γπD M Megnyújtott titinmolekula 400 nm Centrifugális erő: Fc=mac=mrω2 G G G

Fluoreszcencia kombinálása atomerőmikroszkóppal Tárgyasztal AFM rugólapka Evaneszcens mező Objektív lencse Fluoreszcens minta Gerjesztő fénynyaláb Emittált fény IR szűrő pinhole Fotonszámláló APD detektor

Egyedi molekulák lokalizálása a sejtben: Szuperfelbontású mikroszkópia Kémiai Nobel-díj, 2014 Feloldási probléma (Abbé-elv) Eric Betzig Pozíciómeghatározási probléma Stefan Hell William E. Moerner Sztochasztikus adatgyűjtés egyedi fluorofórokról (pontosság a fotonszámtól függ) d d= 0.61λ n sinα STORM ( stochastic optical reconstruction microscopy ); PALM ( photoactivated lolacalization microscopy ) Mikrotubulusok Adatgyűjtési folyamat Bekapcsolt fluorofórok 3 Bekapcsolt fluorofórok 1 Bekapcsolt fluorofórok 4 Bekapcsolt fluorofórok 2 Pozíciókból számított kép Mikrotubuláris rendszer

In vivo fluoreszcencia I. Multifoton mikroszkópia Két (vagy több) foton energiája összeadódik a gerjesztéskor Gerjesztés (következésképp emisszió) csak a fókuszpontban (limitált fotokárosítás) Gerjesztés nagy (közeli IR) hullámhosszú, rövid (fs) fényimpulzusokkal Nagy hullámhossz miatt mély optikai behatolás (akár 2 mm) Lokálisan aktivált fotokémiai reakciók lehetősége Kis Petik Katalin GERJESZTETT ÁLLAPOT λ=400 nm λ=800 nm Gerjesztés Fényemisszió Fényemisszió Gerjesztés x2 Foton Foton ALAPÁLLAPOT Egyfoton fluoreszcencia Kétfoton fluoreszcencia Zöld: proximális vesetubulusok; Vörös: albumin (plazma) Molekuláris tetoválás: térben lokalizált módon fotoaktivált azido-blebbistatin (HeLa sejtben)

In vivo fluoreszcencia II. Fluoreszcencia fiberoszkópia/endoszkópia Horváth Ildikó Bélbolyhok Veres Dániel Szigeti Krisztián Máthé Domokos Vesekéreg - kálcium-kötő fehérjét expresszáló transzgenikus patkány

Kisállat CT mikro-ct, nano-ct CT: 36 µm voxelméret Valós-idejű CT rekonstrukció Intravénás CT kontrasztanyag Emberi fog (Széchenyi Pál)

Kisállat SPECT Tl-201 Dual-channel SPECT (energia szelektivitás) SPECT: ~300 µm voxelméret Hova lokalizálódik a funkció? 99m Tc-HMPAO: hexamethylpropyleneamine oxime (perfúzió) - kék/vörös) 201 Tl-DDC: diethylthiocarbamate (perfúzió) - zöld

NanoSPECT/CT Boa constrictor Osteomyelitis, 99m Tc-MDP (methylene-diphosphonate)

Kisállat PET, MRI, PET/MRI PET működés 1. PET/MRI Szinkron Tandem 2. Szinkron Tandem nanopet/mri 5.8MBq Na 18 F, egérben, 90 min, csontbeépülés 3. nanopet/mri - egér szívizom - 18 FDG

NanoPET/MRI időfelbontású mérések 18 F-Racloprid ürülési kinetika egér agyban EKG-kapuzott 18 FDG PET/MRI Racloprid: D2 dopamin receptor antagonista

PET és MRI fejlesztések 55 Co-PET MnCl2: intravénás MRI kontrasztanyag

Multimodális, nanorészecske alapú kontrasztanyag Trauma Berlini-kék ion-kelátor kristályszerkezet 1,5h 3h AFM: ~60 nm nanopartikulumok 8h 24h MRI, T1 55h Berlini-kék nanopartikulumok biodisztribuciója és ürülése BBB-sérülés (201Tl) 72h

Májtumor volumetria nanopartikulumokkal Kémiailag indukált hepatocelluláris carcinoma [ 99m Tc]-MAA - makroaggregált albumin: Kupffer sejtek veszik fel Szegmentációval a tumortérfogat pontosan mérhető Tumor térfogat - ex vivo tumortömeg korreláció validálható

Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet Trombitás Károly Belágyi József Gerald H. Pollack Henk L. Granzier Carlos Bustamante Steven B. Smith Penke Botond Málnási-Csizmadia András Nagy Attila Paola Cacciafesta Pasquale Bianco Ferenczy György SE I. sz. Gyermekklinika: Prókai Ágnes Csohány Rózsa Pályázati támogatás: HHMI, MTA, OTKA FP5, FP7, ETT, TÉT TÁMOP, GVOP, KFKT, KTIA, VKSZ