I recenti progressi nella microscopia a fluorescenza consentono ai ricercatori di studiare i processi biologici al di sotto del classico limite di diffrazione della luce. Ralf Jungmann, Professore di Fisica Sperimentale presso la Ludwig-Maximilians-Universität di Monaco e capogruppo di ricerca presso il Max Planck Institute of Biochemistry, e colleghi hanno sviluppato DNA-PAINT, una variante di questi cosiddetti approcci di super-risoluzione. "DNA-PAINT produce immagini super-risolte utilizzando microscopi relativamente semplici", dice Jungmann. La tecnica utilizza brevi, filamenti di DNA marcati con colorante che interagiscono transitoriamente con i loro complementi legati al bersaglio al fine di creare il "lampeggio" necessario per la ricostruzione a super risoluzione. Questo approccio consente una risoluzione spaziale inferiore a 10 nm e un facile multiplexing attraverso l'uso di sequenze di DNA ortogonali per diversi bersagli.

"Negli ultimi anni, abbiamo ottimizzato DNA-PAINT in alcune aree chiave. Però, permane ancora un grosso limite, che impedisce l'applicazione di DNA-PAINT a studi ad alto rendimento rilevanti dal punto di vista biomedico:la velocità di acquisizione dell'immagine piuttosto lenta", dice Jungmann. I classici esperimenti DNA-PAINT possono durare facilmente da decine di minuti a ore. "Abbiamo verificato attentamente perché ci vuole così tanto tempo", dice Florian Schüder, autore principale dell'attuale studio e collaboratore del gruppo di Jungmann. "Il design ottimizzato della sequenza del DNA e le migliori condizioni del buffer dell'immagine ci hanno permesso di accelerare le cose di un ordine di grandezza", aggiunge Schüder.

Dalla breadboard dell'origami del DNA alle cellule

Al fine di valutare quantitativamente i miglioramenti a DNA-PAINT, i ricercatori hanno utilizzato strutture di origami di DNA, che sono autoassemblati, oggetti di DNA di dimensioni nanometriche che si piegano autonomamente in forme predefinite. Queste strutture possono essere utilizzate per organizzare i siti di legame DNA-PAINT distanziati precisamente ad es. Distanze di 5 nm. Ciò ha permesso ai ricercatori di valutare il miglioramento della velocità in DNA-PAINT utilizzando condizioni ben definite. In un passaggio successivo, il team ha applicato il miglioramento della velocità anche a un sistema cellulare. Per questo, microtubuli, che fanno parte del citoscheletro, sono stati visualizzati in super-risoluzione, 10 volte più veloce di prima. "La maggiore velocità di imaging ci ha permesso di acquisire un'area di un millimetro quadrato con una risoluzione di 20 nm in sole 8 ore. Ci sarebbero voluti quasi quattro giorni prima", spiega Schüder.

Ralf Jungmann conclude:"Con questi attuali miglioramenti, che ci permettono di visualizzare 10 volte più velocemente, portiamo DNA-PAINT al livello successivo. Dovrebbe ora essere possibile applicarlo a studi ad alto rendimento con rilevanza biologica e biomedica, ad es. nelle applicazioni diagnostiche".