Un microscopio ultrapreciso que supera las limitaciones de la microscopía de superresolución ganadora del Premio Nobel permitirá a los científicos medir directamente las distancias entre moléculas individuales.

Los investigadores médicos de la UNSW han logrado capacidades de resolución sin precedentes en microscopía de una sola molécula para detectar interacciones entre moléculas individuales dentro de células intactas.

El Premio Nobel de Química de 2014 se otorgó por el desarrollo de la tecnología de microscopía de fluorescencia de superresolución que brindó a los microscopistas la primera vista molecular del interior de las células. una capacidad que ha proporcionado nuevas perspectivas moleculares sobre sistemas y procesos biológicos complejos.

Ahora el límite de detección de microscopios de una sola molécula se ha roto nuevamente, y los detalles se publican en el número actual de Avances de la ciencia .

Si bien las moléculas individuales ya se pueden observar y rastrear con microscopía de súper resolución, las interacciones entre estas moléculas ocurren a una escala al menos cuatro veces menor que la resuelta por los microscopios de una sola molécula existentes.

"La razón por la cual la precisión de localización de los microscopios de una sola molécula es de alrededor de 20-30 nanómetros normalmente es porque el microscopio realmente se mueve mientras detectamos esa señal. Esto conduce a una incertidumbre. Con los instrumentos de superresolución existentes, no podemos decir si una proteína está unida a otra porque la distancia entre ellas es más corta que la incertidumbre de sus posiciones, "dice la profesora de Scientia Katharina Gaus, líder del equipo de investigación y director del nodo EMBL Australia de UNSW Medicine en ciencia de moléculas individuales.

Para evitar este problema, El equipo construyó circuitos de retroalimentación autónomos dentro de un microscopio de una sola molécula que detecta y vuelve a alinear la trayectoria óptica y el escenario.

"No importa lo que le hagas a este microscopio, Básicamente, encuentra su camino de regreso con precisión bajo un nanómetro. Es un microscopio inteligente. Hace todas las cosas que debe hacer un operador o un ingeniero de servicio, y lo hace 12 veces por segundo, "dice el profesor Gaus.

Midiendo la distancia entre proteínas

Con el diseño y los métodos descritos en el documento, el sistema de retroalimentación diseñado por el equipo de UNSW es ​​compatible con los microscopios existentes y ofrece la máxima flexibilidad para la preparación de muestras.

"Es una solución realmente simple y elegante para un problema de imagen importante. Acabamos de construir un microscopio dentro de un microscopio, y todo lo que hace es alinear el microscopio principal. Que la solución que encontramos es simple y práctica es una verdadera fortaleza, ya que permitiría una fácil clonación del sistema. y rápida adopción de la nueva tecnología, "dice el profesor Gaus.

Para demostrar la utilidad de su microscopio de una sola molécula de retroalimentación ultraprecisa, los investigadores lo utilizaron para realizar mediciones de distancia directa entre las proteínas de señalización en las células T. Una hipótesis popular en inmunología celular es que estas células inmunes permanecen en un estado de reposo cuando el receptor de células T está al lado de otra molécula que actúa como freno.

Su microscopio de alta precisión pudo mostrar que estas dos moléculas de señalización están, de hecho, más separadas entre sí en las células T activadas. soltando el freno y activando la señalización del receptor de células T.

"Las técnicas de microscopía convencionales no podrían medir con precisión un cambio tan pequeño, ya que la distancia entre estas moléculas de señalización en las células T en reposo y en las células T activadas solo difería entre 4 y 7 nanómetros, "dice el profesor Gaus.

"Esto también muestra cuán sensibles son estas maquinarias de señalización a la segregación espacial. Para identificar procesos regulatorios como estos, necesitamos realizar mediciones de distancia precisas, y eso es lo que permite este microscopio. Estos resultados ilustran el potencial de esta tecnología para descubrimientos que no podrían realizarse por ningún otro medio ".

Investigador postdoctoral, Dr. Simao Pereira Coelho, junto con Ph.D. el estudiante Jongho Baek, que desde entonces ha obtenido su doctorado. grado:dirigió el diseño, desarrollo, y construcción de este sistema. El Dr. Baek también recibió el premio Dean's Award for Outstanding Ph.D. Tesis para este trabajo.