Los científicos de la Universidad de Oxford han desarrollado una técnica de medición basada en la luz que podría transformar nuestra capacidad para caracterizar biomoléculas.

Usando un microscopio que detecta la dispersión de la luz en lugar de la fluorescencia, los investigadores han demostrado que se pueden observar moléculas individuales, y su masa medida, en solución.

La investigación, realizado en colaboración con instituciones en Alemania, Suecia, Suiza y EE. UU., se informa en la revista Ciencias .

El autor principal, el profesor Philipp Kukura, del Departamento de Química de Oxford, dijo:'Esta investigación ha surgido de una década de trabajo que implicó la fabricación de un microscopio de luz cada vez más sensible.

'Se han observado moléculas individuales en microscopios ópticos desde finales de la década de 1980, pero esencialmente todas las técnicas ópticas se basan en la fluorescencia, que es la emisión de luz por un material después de ser "excitado" por la absorción de radiación electromagnética. Tan inmensamente poderoso como eso es, no es universal ”.

Los investigadores demostraron por primera vez el uso de la dispersión de luz para visualizar proteínas individuales (biomoléculas de solo unos pocos nanómetros de diámetro) en 2014. Pero no fue hasta el año pasado que pudieron mejorar la calidad de la imagen lo suficiente como para competir con la fluorescencia.

El profesor Kukura dijo:'Luego abordamos la cuestión de si podríamos usar nuestro enfoque de visualización para cuantificar, en lugar de solo detectar, moléculas individuales. Nos dimos cuenta dado que el volumen y las propiedades ópticas de las biomoléculas se escalan directamente con la masa, que nuestro microscopio debe ser sensible a la masa. Este resultó ser el caso, no solo para las proteínas, sino también para las moléculas que contienen lípidos y carbohidratos ”.

Es esta generalidad lo que entusiasma a los autores. Profesor Justin Benesch del Departamento de Química de Oxford, experto en medición de masas y coautor del trabajo, dijo:'La belleza de la masa es que es tanto una propiedad universal de la materia como extremadamente diagnóstica de la molécula bajo investigación. Por lo tanto, nuestro enfoque es de amplia aplicación y, a diferencia de la microscopía tradicional de una sola molécula, no se basa en la adición de etiquetas para hacer visibles las moléculas '.

Los investigadores dicen que la técnica, a la que llaman espectrometría de masas por dispersión interferométrica (iSCAMS), podría tener aplicaciones que van desde estudios de interacciones proteína-proteína hasta el descubrimiento de fármacos e incluso diagnósticos en el punto de atención.

El profesor Kukura dijo:'iSCAMS tiene muchas ventajas. Mide la masa con una precisión cercana a la de la espectrometría de masas de última generación, que es costoso y funciona al vacío, no necesariamente representativo de sistemas biológicos, mientras que iSCAMS lo hace con un volumen muy pequeño de muestra y funciona esencialmente en cualquier entorno acuoso ”.

El profesor Benesch agregó:`` Esto permite muchas de las cosas que los investigadores quieren cuantificar:¿interactúan ciertas moléculas y, en caso afirmativo, ¿Qué tan apretado? ¿Cuál es la composición de la proteína en términos de cuántas piezas contiene? y ¿cómo crece o se desmorona? '

Debido a que esencialmente todos los procesos fisiológicos y patológicos están controlados por interacciones biomoleculares en solución, los investigadores dicen que esta tecnología tiene un impacto potencial considerable. El profesor Kukura dijo:'La aplicabilidad universal, combinado con el hecho de que los instrumentos están cerca del tamaño de una caja de zapatos, se puede operar fácilmente, y permiten al usuario ver las moléculas en tiempo real, es tremendamente emocionante '.

El equipo está en proceso de comercializar la tecnología para brindar acceso a otros investigadores que no son expertos o que ni siquiera usan microscopía óptica. Los investigadores dicen:'Tiene el potencial, Nosotros pensamos, para revolucionar la forma en que estudiamos las biomoléculas y sus interacciones ”.

El artículo 'Imágenes cuantitativas masivas de macromoléculas biológicas individuales' se publicará en la revista Ciencias .