MAGNIFIERS ha catturato aggregati di Huntingtin di nuova sintesi (in rosso) con risoluzione su scala nanometrica nel modello della malattia di Huntington. Credito:Carnegie Mellon University
Un team di ricerca della Carnegie Mellon University e della Columbia ha combinato due tecnologie di imaging emergenti per visualizzare meglio un'ampia gamma di biomolecole, tra cui proteine, lipidi e DNA, su scala nanometrica. La loro tecnica, che unisce la microscopia ad espansione e la microscopia a diffusione Raman stimolata, è descritta in dettaglio in Scienza avanzata .
Le biomolecole sono tradizionalmente riprese mediante microscopia a fluorescenza, ma questa tecnica ha i suoi limiti. La microscopia fluorescente si basa su tag che trasportano fluorofori per legarsi ed etichettare le molecole di interesse. Questi tag emettono luce fluorescente con un'ampia gamma di lunghezze d'onda; quindi i ricercatori possono utilizzare solo 3-4 colori fluorescenti nello spettro visibile alla volta per etichettare le molecole di interesse.
A differenza della microscopia a fluorescenza, la microscopia a diffusione Raman stimolata (SRS) visualizza i legami chimici delle biomolecole acquisendo le loro impronte vibrazionali. In questo senso, SRS non ha bisogno di etichette per vedere i diversi tipi di biomolecole, o anche i diversi isotopi, all'interno di un campione. Inoltre, un arcobaleno di coloranti con spettri vibrazionali unici può essere utilizzato per l'immagine di più bersagli. Tuttavia, SRS ha un limite di diffrazione di circa 300 nanometri, il che lo rende incapace di visualizzare molte delle strutture cruciali su scala nanometrica che si trovano nelle cellule e nei tessuti.
"Ogni tipo di molecola ha la sua impronta vibrazionale. SRS ci consente di vedere il tipo di molecola che vogliamo sintonizzandoci sulla frequenza caratteristica delle sue vibrazioni. Qualcosa come passare da una stazione radio all'altra", ha affermato Carnegie Mellon Eberly Family Associate Professor of Scienze biologiche Yongxin (Leon) Zhao.
Il laboratorio di Zhao ha sviluppato nuovi strumenti di imaging basati sulla microscopia ad espansione, una tecnica che affronta il problema dei limiti di diffrazione in un'ampia gamma di imaging biologico. La microscopia ad espansione preleva campioni biologici e li trasforma in idrogel idrosolubili. Gli idrogel possono quindi essere trattati e fatti espandere fino a oltre 100 volte il loro volume originale. I campioni espansi possono quindi essere ripresi utilizzando tecniche standard.
"Proprio come l'SRS è stato in grado di superare i limiti della microscopia a fluorescenza, la microscopia ad espansione supera i limiti dell'SRS", ha affermato Zhao.
I ricercatori della Carnegie Mellon e della Columbia hanno combinato l'SRS e la microscopia ad espansione per creare l'imaging a nanoscala della fluorescenza abilitato con gel di ancoraggio molecolare e la microscopia a dispersione Raman stimolata (MAGNIFIERS). La tecnica di microscopia ad espansione di Zhao è stata in grado di espandere i campioni fino a 7,2 volte, consentendo loro di utilizzare l'SRS per visualizzare molecole e strutture più piccole di quelle che sarebbero in grado di fare senza l'espansione.
Nello studio pubblicato di recente, il team di ricerca ha dimostrato che MAGNIFIERS potrebbe essere utilizzato per l'imaging metabolico ad alta risoluzione di aggregati proteici, come quelli creati in condizioni come la malattia di Huntington. Hanno anche dimostrato che MAGNIFIERS potrebbe mappare la posizione su scala nanometrica di otto diversi marcatori nel tessuto cerebrale contemporaneamente.
I ricercatori intendono continuare a sviluppare la tecnica MAGNIFIERS per ottenere una risoluzione più elevata e una maggiore produttività dell'immagine per comprendere la patologia di malattie complesse, come il cancro e i disturbi cerebrali.
Ulteriori coautori dello studio includono:Alexsandra Klimas, Brendan Gallagher, Zhangu Cheng, Feifei Fu, Piyumi Wijesekara e Xi Ren di Carnegie Mellon; e Yupeng Miao, Lixue Shi e Wei Min dalla Columbia. + Esplora ulteriormente
