Un equipo de investigación de la Northwestern University ha desarrollado un nuevo método para realizar nanoscopía espectroscópica, un enfoque que podría ayudar a los investigadores a comprender interacciones biomoleculares más complicadas y caracterizar células y enfermedades a nivel de una sola molécula.

El nuevo sistema, llamada microscopía de localización espectroscópica de una sola molécula asimétricamente dispersa (SDsSMLM), se basa en las técnicas sSMLM existentes desarrolladas en la Escuela de Ingeniería McCormick para proporcionar un análisis espectroscópico de una sola molécula más preciso para estudiar cómo las células detrás de ciertos cánceres, o enfermedades como la retinopatía diabética, funcionan en sus entornos localizados.

Mientras que las técnicas actuales de microscopía de localización espectroscópica de una sola molécula logran imágenes de súper resolución y espectroscopía de una sola molécula simultáneamente, Los diseños actuales de sSMLM adolecen de una resolución de imagen y una precisión espectral reducidas. Esto se debe a que el sistema divide un número finito de fotones emitidos (partículas atómicas que transmiten luz electromagnética) entre dos canales separados para la obtención de imágenes espaciales y espectrales.

"No deberíamos conformarnos con saber solo dónde está una molécula en particular o dónde están muchas moléculas sin diferenciar sus propiedades, "dijo Hao Zhang, profesor de ingeniería biomédica, quien dirigió la investigación. "Nuestro enfoque nos permite utilizar completamente todos los fotones de cada emisión tanto para imágenes espaciales como para análisis espectrales. Como resultado, mejoramos significativamente la resolución de imágenes espaciales y la precisión espectral en comparación con las técnicas sSMLM existentes ".

Un documento que describe el trabajo, titulado "Microscopía de localización espectroscópica de una sola molécula simétricamente dispersa, "fue publicado el 25 de mayo en la revista Luz:ciencia y aplicaciones . Cheng Sun, profesor de ingeniería mecánica, fue coautor del artículo.

A diferencia de los enfoques sSMLM existentes, que a menudo usan una proporción de 1:3 para dividir fotos entre los canales espacial y espectral, SDsSMLM compromete todas las fotos disponibles para crear dos imágenes espectrales reflejadas. Este enfoque extrae información espectral con la resolución más alta posible. Además, porque las imágenes son simétricas, los investigadores aún pueden identificar información espacial identificando el punto medio entre las dos imágenes espectrales.

En comparación con un sSMLM existente que utiliza el mismo número de fotos, los investigadores encontraron que SDsSMLM mejoró la precisión espacial en un 42 por ciento y la precisión espectral en un 10 por ciento.

"Nos dimos cuenta de que la información espacial se pasa por alto por completo en la imagen espectral en las técnicas sSMLM existentes, "Este enfoque nos permite aplicar todos los fotones disponibles para el análisis espectral para empujar el límite de resolución y al mismo tiempo adquirir imágenes espaciales", dijo Zhang.

Cuando se utiliza junto con técnicas de formación de imágenes espectroscópicas de una sola molécula, SDsSMLM se puede adaptar para imágenes celulares 3-D, una herramienta esencial en biología celular y ciencia de materiales que permite a los investigadores rastrear cómo las células interactúan en sus entornos.

"Esta técnica es válida para todas las moléculas, independientemente de sus espectros de emisión y variaciones espectrales diminutas, incluso entre las mismas especies de moléculas, ", Dijo Zhang." Con una resolución espacial mejorada y precisión espectral, sSMLM encontrará aplicaciones más amplias en imágenes de moléculas múltiples en células y seguimiento tridimensional de nanopartículas individuales en investigaciones biológicas y químicas ".

Además de las capacidades de imagen avanzadas del sistema, La naturaleza compacta de SDsSMLM permite una fácil integración y un funcionamiento confiable con los sistemas de microscopios de fluorescencia convencionales. Combinado con un complemento de código abierto que desarrollaron los investigadores llamado RainbowSTORM, Zhang espera que otros miembros de la comunidad de investigación biológica incorporen esta técnica avanzada en su propio trabajo.

"Nuestro diseño es independiente y se puede instalar en la mayoría de los sistemas de microscopios, ", Dijo Zhang." Esperamos que otros investigadores aprovechen lo que hemos creado ".