I ricercatori biomedici stanno comprendendo le funzioni delle molecole all'interno delle cellule del corpo in modo sempre più dettagliato aumentando la risoluzione dei loro microscopi. Però, ciò che resta indietro è la loro capacità di visualizzare simultaneamente le molte molecole diverse che mediano processi molecolari complessi in un'unica istantanea.

Ora, un team del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard, la LMU Monaco di Baviera, e l'Istituto di biochimica Max Planck in Germania, ha progettato metafluorofori altamente versatili integrando piccole sonde fluorescenti comunemente usate in strutture di DNA auto-pieganti in cui i loro colori e la loro luminosità possono essere programmati digitalmente. Questo approccio nanotecnologico offre una tavolozza di 124 colori virtuali per l'imaging microscopico o altri metodi analitici che possono essere adattati in futuro per visualizzare più attori molecolari contemporaneamente con una definizione ultraelevata. Il metodo è riportato in Progressi scientifici .

Con il loro nuovo metodo, i ricercatori affrontano il problema che finora solo un numero limitato di specie molecolari può essere visualizzato contemporaneamente con la microscopia a fluorescenza in un campione biologico o clinico. Introducendo nanostrutture di DNA fluorescenti chiamate metafluorofori, versatili coloranti fluorescenti i cui colori sono determinati da come i loro singoli componenti sono disposti in strutture tridimensionali, superano questo collo di bottiglia.

"Utilizziamo le nanostrutture di DNA come pegboard molecolari:funzionalizzando filamenti di componenti specifici in posizioni definite della nanostruttura di DNA con uno dei tre diversi coloranti fluorescenti, otteniamo un ampio spettro fino a 124 segnali fluorescenti con composizioni e intensità cromatiche uniche, " ha detto Yin, che è un membro della facoltà principale presso il Wyss Institute e professore di biologia dei sistemi presso la Harvard Medical School. "Il nostro studio fornisce un quadro che consente ai ricercatori di costruire una vasta collezione di metafluorofori con proprietà ottiche programmabili digitalmente che possono utilizzare per visualizzare più bersagli nei campioni a cui sono interessati".

L'approccio basato sulla nanostruttura del DNA può essere utilizzato come un sistema di codici a barre per profilare visivamente la presenza di molte sequenze specifiche di DNA o RNA nei campioni in quello che viene chiamato multiplexing.

Per consentire la visualizzazione di più strutture molecolari in campioni di tessuto il cui spessore può limitare il movimento di nanostrutture di DNA più grandi e rendere loro difficile trovare i loro bersagli, e ridurre la possibilità che si attacchino a bersagli non specifici producendo falsi segnali di fluorescenza, il team ha compiuto ulteriori passaggi ingegneristici.

"Abbiamo sviluppato una versione innescata del nostro metafluoroforo che si autoassembla dinamicamente da piccoli filamenti componenti che assumono la forma prescritta solo quando si legano al bersaglio, " ha detto Ralf Jungmann, dottorato di ricerca, che è docente presso la LMU di Monaco e il Max Planck Institute of Biochemistry e ha co-diretto lo studio insieme a Yin. "Questi metafluorofori assemblati in situ non possono essere introdotti solo in campioni complessi con possibilità combinatorie simili a quelli prefabbricati per visualizzare il DNA, ma potrebbero anche essere sfruttati per etichettare gli anticorpi come reagenti di rilevamento ampiamente utilizzati per proteine ​​e altre biomolecole".

"Questo nuovo tipo di programmabile, La nanotecnologia del DNA che migliora la microscopia rivela come il lavoro nella Molecular Robotics Initiative del Wyss Institute può inventare nuovi modi per risolvere problemi di vecchia data in biologia e medicina. Questi metafluorofori che possono essere programmati per autoassemblarsi quando si legano al loro bersaglio, e che hanno letture di codici a barre fluorescenti definite, rappresentano una nuova forma di dispositivi su scala nanometrica che potrebbero aiutare a rivelare complessi, multicomponente, interazioni biologiche che sappiamo esistono ma non abbiamo modo di studiare oggi, ", ha affermato il direttore fondatore di Wyss, Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca, che è anche Judah Folkman Professor of Vascular Biology presso la Harvard Medical School e il Vascular Biology Program presso il Boston Children's Hospital, e Professore di Bioingegneria presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.