Depășirea limitelor microscopiei de super-rezoluție: microscopia cu auto-aliniere
Microscopia de ultraprecizie, care depășește limitele microscopului de super-rezoluție, câștigător al Premiului Nobel, va permite oamenilor de știință să măsoare direct distanțele dintre moleculele individuale.
Cercetătorii medicali de la Universitatea din New South Wales au obținut o rezoluție fără precedent în microscopia cu o singură moleculă pentru a detecta interacțiunile dintre moleculele individuale din celulele intacte.
Premiul Nobel pentru Chimie din 2014 a fost acordat pentru dezvoltarea tehnologiei de microscopie cu fluorescență de super-rezoluție, care a oferit microscopiştilor prima vedere moleculară a interiorului unei celule, o caracteristică care oferă noi vederi moleculare ale sistemelor și proceselor biologice complexe.
Acum, limitele de detectare ale microscopiei cu o singură moleculă au fost împinse încă o dată, iar detaliile au fost publicate în cel mai recent număr al Science Advances.
A fost posibil să se observe și să urmărească molecule individuale cu microscoape de rezoluție ultra-înaltă, dar interacțiunile dintre aceste molecule au loc la o scară care este de cel puțin patru ori mai mică decât cea rezolvată de microscoapele existente cu o singură moleculă.
„Motivul pentru care microscoapele cu o singură moleculă au în mod obișnuit precizie de localizare în jur de 20 până la 30 de nanometri este de obicei pentru că microscopul se mișcă de fapt atunci când detectează semnale. Acest lucru duce la incertitudine. Folosind instrumente existente de super-rezoluție, nu putem determina dacă o proteină este legată de alta pentru că distanța dintre ei este mai mică decât incertitudinea în pozițiile lor”.
Pentru a rezolva această problemă, echipa a construit o buclă de feedback automată în interiorul microscopului cu o singură moleculă, care detectează și realinează calea optică și stadiul oglinzii.
„Nu contează ce faci cu acest microscop, practic găsește calea de întoarcere cu precizie nanometrică. Este un microscop inteligent. Poate face tot ce trebuie să facă un operator sau un inginer de service și poate face asta de 12 ori pe secundă. " a spus prof. Goss.
Măsurarea distanței dintre proteine
Cu designul și metodologia prezentate în această lucrare, echipa UNSW a proiectat un sistem de feedback care este compatibil cu microscoapele existente și oferă flexibilitate maximă pentru pregătirea probelor.
"Aceasta este o soluție foarte simplă și elegantă pentru o problemă majoră de imagistică. Tocmai am construit un microscop în interiorul unui microscop și tot ce am făcut a fost să aliniem microscopul principal. Simplitatea și caracterul practic al soluției pe care am găsit-o este puterea sa reală. Este ușor de clonează sistemul și adoptă rapid noile tehnologii.” a spus prof. Goss.
Pentru a demonstra utilitatea microscopului său ultra-precis cu o singură moleculă, cercetătorii l-au folosit pentru a face măsurători directe ale distanței dintre proteinele de semnalizare din celulele T. O presupunere comună în imunologia celulară este că aceste celule imunitare rămân în repaus atunci când receptorul celulelor T este aproape de o altă moleculă care acționează ca o frână.
Microscopia lor de înaltă precizie a reușit să arate că cele două molecule de semnalizare au fost de fapt mai separate una de cealaltă în celulele T activate, eliberând frâna și pornind semnalizarea receptorului celulelor T.
Prof. Goss a spus: „Tehnicile convenționale de microscopie nu ar fi capabile să măsoare cu precizie o modificare atât de mică, deoarece distanța dintre aceste molecule de semnalizare în celulele T repaus și activate diferă cu doar 4-7 nanometri”.
„Acest lucru arată, de asemenea, cât de sensibile sunt aceste mecanisme de semnalizare la izolarea spațială. Pentru a identifica astfel de procese de reglementare, trebuie să efectuăm măsurători precise ale distanței, ceea ce permite acest microscop. Aceste rezultate ilustrează faptul că tehnologia este în curs de descoperire și nu poate fi fabricată în niciun fel. alt mod."
