La microscopia a fluorescenza a super risoluzione può essere utilizzata per visualizzare strutture più piccole di 200 nanometri, cioè., al di sotto del limite di diffrazione della luce. Una delle tecniche di microscopia, chiamato DNA-PAINT, è stato sviluppato da Ralf Jungmann, capogruppo di ricerca presso l'MPI di Biochimica e docente di Fisica Sperimentale presso LMU, insieme ai colleghi. La tecnica utilizza brevi "imager", filamenti di DNA marcati con colorante che si legano temporaneamente alle molecole bersaglio in modo complementare per produrre il "lampeggio" necessario per la ricostruzione a super risoluzione delle immagini.

"Recentemente abbiamo migliorato la velocità di acquisizione tradizionalmente piuttosto lenta di DNA-PAINT di un ordine di grandezza ottimizzando il design della sequenza del DNA, "dice Jungmann. "Tuttavia, questo è avvenuto a costo di perdere il multiplexing, il che significa che diverse strutture nella cellula non possono essere osservate contemporaneamente, " ha aggiunto Jungmann. L'osservazione simultanea di diverse proteine, però, è importante per una migliore comprensione delle complesse cascate di segnalazione tra tumore e cellule normali.

Questa capacità di multiplexing non era ottenibile in DNA-PAINT ottimizzato per la velocità, poiché era disponibile solo una singola sequenza ottimizzata con caratteristiche di ibridazione migliorate. "Ci siamo chiesti come consentire l'imaging multiplexato e, allo stesso tempo, spingere ulteriormente la velocità di acquisizione delle immagini, "dice Sebastian Strauss, primo autore dell'articolo e collaboratore del gruppo di Jungmann.

Nello studio attuale, i ricercatori presentano un nuovo concetto che ha migliorato con successo la velocità di imaging. Hanno approfittato del fatto che la frequenza di legame degli imager ai loro filamenti target scala linearmente con il numero di siti di legame disponibili. "Più siti di legame ci sono, più velocemente procede l'acquisizione dell'immagine. Però, la semplice concatenazione di siti di legame porterebbe a sequenze di attracco indesideratamente lunghe, potenzialmente riducendo la risoluzione dell'immagine ottenibile e aumentando il legame non specifico, " dice Strauss. Per aggirare questi problemi, i ricercatori hanno progettato motivi di sequenza ripetitivi, per esempio. (TCC)n, che potrebbero essere concatenati per fornire siti di legame sovrapposti ma aumentando solo leggermente la lunghezza del filamento. "Abbiamo progettato sei singoli, motivi di sequenza periodica, che ci permette di introdurre il multiplexing a DNA-PAINT ottimizzato per la velocità, " ha detto Strauss. "In combinazione con i miglioramenti precedenti, ora possiamo accelerare DNA-PAINT di un fattore 100, "aggiunge Jungmann.

Per ottimizzare i nuovi motivi di sequenza e confrontare i loro miglioramenti, il gruppo utilizzava 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 consentito ai ricercatori di valutare i miglioramenti a DNA-PAINT in condizioni definite. "Le nuove sequenze di DNA ottimizzate ci hanno permesso di risolvere sei diverse strutture di origami di DNA invece di una sola, in pochi minuti, " spiega Strauss.

"Siamo entusiasti di applicare la velocità di imaging ora ulteriormente migliorata in DNA-PAINT per affrontare questioni biologiche. Ad esempio, i marcatori tumorali in precedenza potevano essere esaminati solo lentamente e non chiaramente a livello di singola molecola. Nel nostro studio, la misurazione di quattro diversi marcatori tumorali conferma un'analisi rapida e accurata delle loro posizioni e interazioni molecolari. Ciò potrebbe fornire importanti spunti per lo sviluppo di farmaci e i loro meccanismi d'azione, "conclude Jungmann.