Los biólogos celulares tradicionalmente usan tintes fluorescentes para etiquetar y visualizar las células y las moléculas dentro de ellas bajo un microscopio. Con diferentes métodos de microscopía de superresolución, incluso pueden iluminar moléculas individuales y sus complejas interacciones entre sí. Sin embargo, el hardware de microscopía que les permite hacer esto es altamente especializado y costoso y, por lo tanto, relativamente raro en laboratorios de todo el mundo, y el funcionamiento de estos microscopios es abrumador, ya que requiere habilidades únicas.

Ralf Jungmann, Doctor., un alumno del Instituto Wyss de Harvard para Ingeniería de Inspiración Biológica y actualmente profesor en la Universidad Ludwig Maximilian (LMU) y el Instituto Max Planck (MPI) de Bioquímica en Alemania y miembro de la Facultad Central del Instituto Wyss Peng Yin, Doctor., han estado desarrollando DNA-PAINT, una poderosa tecnología de imágenes moleculares que involucra interacciones transitorias ADN-ADN para localizar con precisión tintes fluorescentes con superresolución. Sin embargo, aunque los investigadores han demostrado el potencial de DNA-PAINT visualizando biomoléculas individuales, como las proteínas, en celdas fijas a una distancia cercana fija, la tecnología aún no se podía aplicar para investigar moléculas en el interior de las células.

Ahora, Los equipos de Jungmann y Yin informan conjuntamente una solución para superar esta limitación. En su nuevo estudio, adaptaron la tecnología DNA-PAINT a microscopios que están muy extendidos entre los laboratorios de biología celular, llamados microscopios confocales, y que los investigadores utilizan para obtener imágenes de células completas y tejidos más gruesos a menor resolución. El equipo de MPI / Wyss Institute demuestra que el método puede visualizar una variedad de moléculas diferentes, incluyendo combinaciones de diferentes proteínas, ARN y ADN en toda la profundidad de las células completas en superresolución. Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el enfoque podría abrir la puerta a estudios detallados de localización de una sola molécula en muchas áreas de la investigación celular.

El enfoque DNA-PAINT une una "hebra de anclaje de ADN a la molécula de interés. Luego, una" hebra de imagen "de ADN marcada con un colorante con una secuencia complementaria se adhiere transitoriamente al ancla y produce una señal fluorescente, que ocurre como un evento de parpadeo definido en sitios moleculares individuales. Dado que "parpadear" se puede ajustar con precisión, se pueden distinguir moléculas que están a solo nanómetros de distancia entre sí, en el extremo de mayor resolución de la superresolución.

"Nuestro nuevo enfoque, PINTURA SDC, integra las versátiles capacidades de superresolución de DNA-PAINT con las funciones de corte óptico de los microscopios confocales. Así creamos los medios para explorar toda la profundidad de una celda, y visualizar las moléculas que contiene a escala nanométrica, ", dijo Jungmann. El equipo trazó un mapa de la presencia de diferentes combinaciones de proteínas dentro de las células completas y luego fue más allá de eso". Al diversificar nuestros enfoques de etiquetado, También visualizamos diferentes tipos de biomoléculas individuales en el núcleo que contiene cromosomas, incluyendo secuencias en el ADN, proteínas unidas al ADN o la membrana que encierra el núcleo, así como los ARN nucleares, "agrega Yin, quien también es co-líder de la Iniciativa de Robótica Molecular del Instituto Wyss, y profesor de Biología de Sistemas en la Facultad de Medicina de Harvard. .

En principio, Los microscopios confocales utilizan los denominados orificios para eliminar la fluorescencia desenfocada no deseada de los planos de imagen por encima y por debajo del plano focal. Al escanear la muestra, avión tras avión, los investigadores pueden recopilar las señales de fluorescencia emitidas por los colorantes unidos a moléculas en toda la profundidad. Específicamente, el equipo del MPI / Wyss Institute desarrolló la técnica para microscopios "Spinning Disk Confocal" (SDC) que detectan señales de fluorescencia de un plano completo de una sola vez al detectarlas a través de un disco giratorio con múltiples orificios. Es más, "para lograr una superresolución 3D, colocamos una lente adicional en la ruta de detección, lo que nos permite archivar una resolución limitada por sub-difracción en la tercera dimensión ", dijo el primer autor Florian Schueder, un estudiante de posgrado que trabaja con Jungmann y que también trabajó con el equipo del Instituto Wyss de Yin como parte de su tesis de maestría.

"Esta adición puede ser fácilmente personalizada por los fabricantes de microscopios SDC; por lo tanto, básicamente implementamos microscopía de superresolución sin cambios complejos de hardware en los microscopios que generalmente están disponibles para los biólogos celulares de todos los lugares de investigación biomédica. Por lo tanto, el enfoque tiene el potencial de democratizar los -imágenes de resolución en células y tejidos completos, "dijo Jungmann.

"Con este importante avance, La microscopía de superresolución y DNA-PAINT podrían volverse más accesibles para los investigadores biomédicos, acelerar nuestra comprensión de la función de las moléculas individuales y los procesos que controlan dentro de las células, "dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MARYLAND., Doctor., quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, así como Profesor de Bioingeniería en SEAS.