Un equipo del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica en la Universidad de Harvard recibió una subvención especial de $ 3.5 millones de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para desarrollar un nuevo método de microscopía económico y fácil de usar para detectar simultáneamente muchos componentes diminutos de células.

La subvención llamado Premio a la Investigación Transformativa, es parte de una iniciativa de los NIH para financiar proyectos de alto riesgo, investigación de alta recompensa, y en 2013 la agencia financió solo 10 de estos proyectos a nivel nacional.

El método de microscopía basado en ADN podría conducir a nuevas formas de diagnosticar enfermedades al distinguir células sanas y enfermas basándose en detalles moleculares sofisticados. También podría ayudar a los científicos a descubrir cómo los componentes de la célula realizan su trabajo dentro de la célula.

"Si quieres estudiar fisiología y enfermedades, quieres ver cómo funcionan las moléculas, y es importante verlos en sus entornos nativos, "dijo Peng Yin, Doctor., miembro principal de la facultad del Instituto Wyss y profesor asistente de biología de sistemas en la Facultad de medicina de Harvard. Yin liderará el proyecto, y colaborará con Samie Jaffrey, MARYLAND., Doctor., profesor de farmacología en Weill Cornell Medical College, y Ralf Jungmann, Doctor., un becario postdoctoral en el laboratorio del Instituto Wyss de Yin, entre otros.

Los biólogos han usado microscopios para revelar cómo las pequeñas estructuras dentro de las células las sostienen y las ayudan a moverse. reproducir, activar genes, y mucho más. Pero aunque los fabricantes de microscopios han perfeccionado la tecnología durante siglos para obtener imágenes cada vez más claras, han estado limitados por las leyes de la física. Cuando dos objetos están más cerca de 0,2 micrómetros, o alrededor de una quincena del ancho de un cabello humano, los científicos ya no pueden distinguirlos con los microscopios ópticos tradicionales. Como resultado, el espectador ve una mancha borrosa donde en realidad hay dos objetos. Esto ocurre debido a la forma en que los rayos de luz se doblan alrededor de los objetos, y se conoce como límite de difracción.

Moléculas como enzimas, receptores, El ARN y el ADN que realizan la mayor parte del trabajo de la célula suelen ser mucho más pequeños que 0,2 micrómetros, y visualizarlos, los microscopistas han luchado por superar el límite de difracción. Han desarrollado varios métodos inteligentes que logran esto, pero algunos de ellos requieren microscopios especiales que tienden a ser muy caros, y otros requieren procedimientos engorrosos. Y lo que es más, Los métodos actuales solo pueden revelar un puñado de especies de moléculas distintas a la vez, y las imágenes permanecen más borrosas de lo que a muchos científicos les gustaría.

El equipo dirigido por el Instituto Wyss planea superar estos desafíos combinando métodos de obtención de imágenes de una sola molécula con herramientas moleculares de la nanotecnología del ADN. Usando un método de imágenes llamado DNA-PAINT, crearon las llamadas "cadenas de imágenes" marcando pequeños trozos de ADN con un tinte fluorescente. Cada una de estas hebras del generador de imágenes se une transitoriamente a una hebra de ADN coincidente que está unida a una molécula objetivo, lo que hace que el objetivo parezca parpadear. Tal parpadeo cuando se hace bien, permite a los científicos superar el límite de difracción y obtener imágenes de los objetivos más nítidas de lo que sería posible de otro modo.

"Lo poderoso de usar ADN radica en su asombrosa capacidad de programación, "Yin dijo." Planeamos usar esa capacidad para hacer que las moléculas en las células parpadeen de una manera programable y autónoma. Esto nos permitirá ver cosas que antes eran invisibles ".

El equipo de Yin se especializa en el uso de ADN para hacer nanoestructuras sintéticas programables. Hace dos semanas, la National Science Foundation otorgó al equipo ya sus colegas un prestigioso premio Expedition in Computing por diseñar sistemas de ADN sintético con funciones y comportamiento molecular programables. El Premio a la Investigación Transformativa de los NIH les permitirá utilizar ADN para programar la luz parpadeante para producir imágenes moleculares y celulares ultranítidas para la investigación biomédica.

"Hasta que podamos visualizar muchos componentes moleculares de las células de forma clara y simultánea, solo podemos hacer conjeturas sobre cómo se unen para llevar a cabo sus complejas funciones biológicas, ", dijo el director fundador del Instituto Wyss, Don Ingber, MARYLAND., Doctor. "Estoy seguro de que el nuevo enfoque económico de Peng para la microscopía de superresolución transformará el panorama de la investigación biomédica, y conducir a nuevos diagnósticos que detectan la enfermedad antes y con mayor precisión ".