Desde la primera descripción de Robert Hooke de una célula en Micrographia hace 350 años, La microscopía ha jugado un papel importante en la comprensión de las reglas de la vida.

Sin embargo, la característica resoluble más pequeña, la resolución, está restringido por la naturaleza ondulatoria de la luz. Esta barrera centenaria ha restringido la comprensión de las funciones celulares, interacciones y dinámicas, particularmente en la escala submicrométrica a nanométrica.

La microscopía de fluorescencia de superresolución supera este límite fundamental, ofreciendo una mejora de hasta diez veces en la resolución, y permite a los científicos visualizar el funcionamiento interno de las células y biomoléculas con una resolución espacial sin precedentes.

Esta capacidad resolutiva se ve obstaculizada, sin embargo, al observar el interior de muestras de tejido o células enteras, como las que se analizan a menudo durante los estudios del cáncer o del cerebro. Señales de luz, emitida por moléculas dentro de una muestra, Viajan a través de diferentes partes de estructuras celulares o tisulares a diferentes velocidades y dan lugar a aberraciones. lo que deteriorará la imagen.

Ahora, Los investigadores de la Universidad de Purdue han desarrollado una nueva tecnología para superar este desafío.

"Nuestra tecnología nos permite medir las distorsiones del frente de onda inducidas por la muestra, ya sea una célula o un tejido, directamente de las señales generadas por moléculas individuales:pequeñas fuentes de luz unidas a las estructuras celulares de interés, "dijo Fang Huang, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Facultad de Ingeniería de Purdue. "Al conocer la distorsión inducida, podemos señalar las posiciones de moléculas individuales con alta precisión y exactitud. Obtenemos de miles a millones de coordenadas de moléculas individuales dentro de una célula o volumen de tejido y usamos estas coordenadas para revelar las arquitecturas a nanoescala de los componentes de las muestras ".

La tecnología del equipo de Purdue se publicó recientemente en Métodos de la naturaleza .

"Durante la obtención de imágenes de superresolución tridimensional, registramos de miles a millones de patrones de emisión de moléculas fluorescentes individuales, "dijo Fan Xu, un asociado postdoctoral en el laboratorio de Huang y un co-primer autor de la publicación. "Estos patrones de emisión pueden considerarse observaciones aleatorias en varias posiciones axiales muestreadas a partir de la función de dispersión de puntos en 3D subyacente que describe las formas de estos patrones de emisión a diferentes profundidades, que pretendemos recuperar. Nuestra tecnología utiliza dos pasos:asignación y actualización, para recuperar iterativamente la distorsión del frente de onda y las respuestas tridimensionales del conjunto de datos de una sola molécula registrada que contiene patrones de emisión de moléculas en ubicaciones arbitrarias ".

La tecnología Purdue permite encontrar las posiciones de biomoléculas con una precisión de unos pocos nanómetros dentro de células y tejidos completos y, por lo tanto, resolviendo arquitecturas celulares y de tejidos con alta resolución y fidelidad.

"Este avance amplía la aplicabilidad de rutina de la microscopía de superresolución desde los objetivos celulares seleccionados cerca de los cubreobjetos hasta los objetivos intra y extracelulares en las profundidades de los tejidos, "dijo Donghan Ma, investigador postdoctoral en el laboratorio de Huang y co-primer autor de la publicación. "Esta nueva capacidad de visualización podría permitir una mejor comprensión de las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, y muchas otras enfermedades que afectan el cerebro y varias partes del interior del cuerpo ".

Los Institutos Nacionales de Salud brindaron un apoyo importante para la investigación.

Otros miembros del equipo de investigación incluyen a Gary Landreth, profesor de la Facultad de Medicina de la Universidad de Indiana; Sarah Calve, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Facultad de Ingeniería de Purdue (actualmente profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad de Colorado Boulder); Peng Yin, profesor de la Facultad de Medicina de Harvard; y Alexander Chubykin, profesor asistente de ciencias biológicas en Purdue. La lista completa de autores se puede encontrar en Métodos de la naturaleza .

"Este avance técnico es sorprendente y cambiará fundamentalmente la precisión con la que evaluamos las características patológicas de la enfermedad de Alzheimer, ", Dijo Landreth." Podemos ver objetos cada vez más pequeños y sus interacciones entre sí, lo que ayuda a revelar complejidades estructurales que no habíamos apreciado antes ".

Calve dijo que la tecnología es un paso adelante en las terapias regenerativas para ayudar a promover la reparación dentro del cuerpo.

"Este desarrollo es fundamental para comprender la biología de los tejidos y poder visualizar los cambios estructurales, "Dijo Calve.

Chubykin, cuyo laboratorio se centra en el autismo y las enfermedades que afectan al cerebro, dijo que la tecnología de imágenes de alta resolución proporciona un nuevo método para comprender las deficiencias en el cerebro.

"Este es un gran avance en términos de análisis funcionales y estructurales, ", Dijo Chubykin." Podemos ver una vista mucho más detallada del cerebro e incluso marcar neuronas específicas con herramientas genéticas para estudios adicionales ".

El equipo trabajó con la Oficina de Comercialización de Tecnología de la Fundación de Investigación Purdue para patentar la tecnología. La oficina se mudó recientemente al Centro de Convergencia para la Innovación y la Colaboración en Discovery Park District, adyacente al campus de Purdue.