Los investigadores biomédicos están comprendiendo las funciones de las moléculas dentro de las células del cuerpo con mayor detalle al aumentar la resolución de sus microscopios. Sin embargo, lo que se queda atrás es su capacidad para visualizar simultáneamente las muchas moléculas diferentes que median en procesos moleculares complejos en una sola instantánea.

Ahora, un equipo del Instituto Wyss de Harvard para Ingeniería de Inspiración Biológica, la LMU Munich, y el Instituto Max Planck de Bioquímica en Alemania, ha diseñado metafluoróforos altamente versátiles mediante la integración de pequeñas sondas fluorescentes de uso común en estructuras de ADN auto-plegables donde sus colores y brillo se pueden programar digitalmente. Este enfoque nanotecnológico ofrece una paleta de 124 colores virtuales para imágenes microscópicas u otros métodos analíticos que se pueden adaptar en el futuro para visualizar múltiples jugadores moleculares al mismo tiempo con una definición ultra alta. El método se informa en Avances de la ciencia .

Con su nuevo método, los investigadores abordan el problema de que, hasta ahora, solo un número limitado de especies moleculares pueden visualizarse simultáneamente con microscopía de fluorescencia en una muestra biológica o clínica. Al introducir nanoestructuras de ADN fluorescentes llamadas metafluoróforos, tintes fluorescentes versátiles cuyos colores están determinados por la forma en que sus componentes individuales están dispuestos en estructuras tridimensionales, superan este cuello de botella.

"Utilizamos nanoestructuras de ADN como tableros de clavijas moleculares:funcionalizando hebras de componentes específicos en posiciones definidas de la nanoestructura de ADN con uno de los tres tintes fluorescentes diferentes, logramos un amplio espectro de hasta 124 señales fluorescentes con composiciones e intensidades de color únicas, "dijo Yin, quien es miembro de la Facultad Central en el Instituto Wyss y profesor de Biología de Sistemas en la Escuela de Medicina de Harvard. "Nuestro estudio proporciona un marco que permite a los investigadores construir una gran colección de metafluoróforos con propiedades ópticas programables digitalmente que pueden utilizar para visualizar múltiples objetivos en las muestras que les interesan".

El enfoque basado en nanoestructuras de ADN se puede utilizar como un sistema de códigos de barras para perfilar visualmente la presencia de muchas secuencias específicas de ADN o ARN en muestras en lo que se denomina multiplexación.

Para permitir la visualización de múltiples estructuras moleculares en muestras de tejido cuyo grosor puede limitar el movimiento de nanoestructuras de ADN más grandes y dificultarles la búsqueda de sus objetivos, y para reducir la posibilidad de que se adhieran a objetivos no específicos que produzcan señales de fluorescencia falsas, el equipo tomó pasos de ingeniería adicionales.

"Desarrollamos una versión activada de nuestro metafluoróforo que se autoensambla dinámicamente a partir de pequeñas hebras de componentes que toman su forma prescrita solo cuando se unen a su objetivo, "dijo Ralf Jungmann, Doctor., quien es profesor en la LMU Munich y el Instituto Max Planck de Bioquímica y co-dirigió el estudio junto con Yin. "Estos metafluoróforos ensamblados in situ no solo pueden introducirse en muestras complejas con posibilidades combinatorias similares a las prefabricadas para visualizar el ADN, pero también podrían aprovecharse para marcar anticuerpos como reactivos de detección ampliamente utilizados para proteínas y otras biomoléculas ".

"Este nuevo tipo de programable, La nanotecnología de ADN que mejora la microscopía revela cómo el trabajo en la Iniciativa de Robótica Molecular del Instituto Wyss puede inventar nuevas formas de resolver problemas de larga data en biología y medicina. Estos metafluoróforos que pueden programarse para autoensamblarse cuando se unen a su objetivo, y que tengan lecturas de códigos de barras fluorescentes definidas, representan una nueva forma de dispositivos a nanoescala que podrían ayudar a revelar complejos, multicomponente, interacciones biológicas que sabemos que existen pero que no tenemos forma de estudiar hoy, "dijo el director fundador de Wyss, Donald Ingber, MARYLAND., Doctor., quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, y profesor de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard.