Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

On-chip Raman-spectroscopy of extracellular vesicles

Alternativ tittel: Optisk brikke for Raman-spektroskopi av vesiklar frå celler

Tildelt: kr 12,1 mill.

Introduksjon og samandrag: Ekstracellulære vesiklar (EV) er knøttsmå partiklar frå biologiske celler (diameter ca. 100 nm). Vesiklane kan sirkulera i kroppen, mens celler for det meste sit fast i vev. Det har vist seg at celler kan kommunisera med slike vesiklar og utveksla protein, lipid og genetisk materiale. Høge nivå av ekstracelluære vesiklar har blitt knytta til fleire sjukdomstilstandar, som åreforkalkning, diabetes, kreft, blodpropp (venøs tromboembolisme), hjarte- og karsjukdommar. Vesiklane inneheld såleis informasjon om cellene i kroppen. Denne informasjonen kan ein få tilgang til ved å karaktterisera vesiklar frå ein bloddråpe. Nye metodar for å karakterisera og analysera ekstracellulære vesiklar er viktig for å forstå dei biologiske virkemåtane til desse vesiklane, og for å utvikla nye kliniske metodar basert på å bruka og/eller analysera vesiklane. Målet med prosjektet er å utvikla ein ny metode for kjemisk analyse av ekstracellulære vesiklar med høg kapasitet, samt å bruka den nye metoden til medisinsk forsking på vesiklane. Ein optisk brikke vil bli utvikla for å karakterisera vesiklane basert på Raman-spektroskopi. Ein eller nokre få vesiklar vil bli haldne fast med optiske krefter lenge nok til å analysera dei. Dette vil bli gjort fleire stader på brikken med lys frå ein enkelt laser. Brikken vil bli kopla til eit optisk spektrometer med fleire optiske fiber. Spektrometeret vil måla Raman-spekteret, som vil bli analysert for å gi informasjon om den kjemiske samansetninga til vesiklane. Systemet vil gjera det mogleg å analysera mange vesiklar samtidig slik at kapasiteten bli høg. To forskingsgrupper i medisinsk biologi deltek i prosjektet og vil bruka den nye metoden for forsking på venøs tromboembolisme og nye, antimikrobielle molekyl. Status per november 2021: To PhD-studentar er tilsett på prosjektet. Rabiul Hasan er finansiert av UiT (PhD1, 2019-2023). Han arbeider med numerisk simulering og utforskar nye metodar for optisk fanging og Raman-spektroskopi av ekstracellulære vesiklar (EV). Han har publisert ein oversiktsartikkel og studerer no metamaterial ('bound states in the continuum'), som verkar svært lovande og bør resultera i fleire artiklar. Dette er ei utviding av WP2, med utforsking av idéar som har komt opp undervegs. Mathias N. Jensen er finansiert av NFR (PhD3, 2020-2023). Han arbeider med WP1 og WP3. Fram til no har han gjort målingar av Raman-bakgrunn i bølgjeleiarar frå Univ. of Southampton og saman med ein master-student lagar han eit optisk mikroskop for fanging og Raman-spektroskopi. Dette er 'standard-metoden', som vil bli brukt som referanse for dei nye metodane basert på ein optisk brikke. Mathias arbeider med sin første artikkel frå prosjektet. Han held også på å ferdigstilla den andre artikkelen basert på mastergraden sin. Han skal til Univ. of Twente i januar-mars 2022, som er i tråd med planen. Ei tredje PhD-stilling (PhD2) vart konvertert til postdok før prosjektstart, men det lukkast ikkje å fylla den i 2020 som planlagt. Dermed starta PhD3 i 2020 og postdok-stillinga vart utlyst på nytt i år. Ein kvalifisert kandidat startar truleg i stillinga på slutten av 2021. Han vil arbeida på WP2, som er framstilling av den optiske brikken. Arbeidet med den optiske brikken blir dermed seinare enn planlagt, men tida har blitt brukt til etablering av metodar, utstyr og eksperimentelle oppsett, som dermed vil vera klare når brikken er klar. For å komma i gang med WP5, analyse av EV, så er det oppretta (uformelt) samarbeid med Sergei Kruglik ved Univ. of Paris. Prosjektdeltakarane på biologi (John-Bjarne Hansen og Omri Snir, Helse-fak, UiT) har sendt prøvar med EV til han for måling med 'standard-metoden'. Dette gjer at WP5 er godt i gang, noko som vil gi nyttig kunnskap for analyse av EV med ein optisk brikke seinare. Det er to formelle, eksterne samarbeidspartnarar: James Gates ved Univ. of Southampton og Cees Otto ved Univ. of Twente. James Gates forsyner prosjektet med optiske brikkar etter behov, som er mindre enn planlagt fram til postdok'en startar. Samarbeidet med Cees Otto vil i realiteten starta med Mathias (PhD3) sitt besøk til Twente. I hovudsak er prosjektet godt i gang og omtrent i rute. Corona har naturleg nok begrensa besøk til samarbeidspartnarar og dei to PhD'ane har ikkje deltatt på konferansar så langt. Men utover det så har ikkje Corona ført til vesentlege forseinking. Hovudhypotesten til prosjektet er at ei spalte i ein bølgjeleiar kan brukast til fanging og Raman-spektroskopi av EV. Målet for 2022 er å få testa denne hypotesen. Det er avhengig av at postdok'en lagar spalta med god nok kvalitet, slik at intensiteten i spalta blir høg nok. Det er også avhengig av at Raman-bakgrunnen, som PhD3 måler no, er låg nok.

Extracellular vesicles (EVs) are bilayer membrane vesicles released from various cells into their surroundings. EVs include exosomes (30-100 nm in diameter) and microvesicles (100-1000 nm) and express surface antigens specific of parental cells. EVs are considered a mechanism for intercellular communications, allowing cells to exchange proteins, lipids and genetic material. Elevated plasma levels of EVs have been associated with several disease states such as atherosclerosis, diabetes, cancer, arterial cardiovascular diseases and venous thromboembolism. New methods to characterise and analyse EVs are essential to understand the physiological and pathological functions of these vesicles, and to develop new clinical methods involving their use and/or analysis. The aim of the project is to develop high throughput chemical analysis of EVs and facilitate medical research on EVs using the system developed. Dielectric optical waveguides will be tapered down to sub-micron tips. A tightly confined and standing wave between two tips will be used for optical trapping and Raman-spectroscopy of EVs. This will be done at several sites on the chip simultaneously. As a very small amount of the incident light is ‘consumed’ by each particle, the incident light can be re-used at several sites in series, without increasing the input power. This is, to the best of our knowledge, a completely new concept. By also doing this in parallel, a 2D array of trapping sites can be made, but this time by multiplying the input power. The Raman-scattered light will be collected by waveguides with high numerical aperture and directed to a 1D fibre array, which connects the chip with a multichannel spectrometer. Two research groups in medical biology participate in the project and will use the system developed for research on venous thromboembolism and novel antimicrobial molecules.

Aktivitet:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale