Los biólogos celulares usan tradicionalmente tintes fluorescentes para etiquetar y visualizar las células y las moléculas dentro de ellas bajo un microscopio. Con diferentes métodos de microscopía de súper resolución, incluso pueden iluminar moléculas individuales y sus complejas interacciones entre sí. Sin embargo, el hardware de microscopíaeso les permite hacer esto es altamente especializado y costoso y, por lo tanto, relativamente raro en laboratorios de todo el mundo, y la operación de tales microscopios es desalentadora, ya que requiere habilidades únicas.
Ralf Jungmann, Ph.D., alumno del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de Harvard y actualmente profesor en la Universidad Ludwig Maximilian LMU y el Instituto Max Planck MPI de Bioquímica en Alemania y miembro de la Facultad del Instituto WyssPeng Yin, Ph.D., ha estado desarrollando DNA-PAINT, una poderosa tecnología de imagen molecular que involucra interacciones transitorias de ADN-ADN para localizar con precisión los tintes fluorescentes con súper resolución, aunque los investigadores han demostrado el potencial de la pintura de ADN mediante la visualizaciónbiomoléculas individuales, como proteínas, en células fijas a una distancia cercana fija, la tecnología aún no se pudo aplicar para investigar moléculas en el interior de las células.
Ahora, los equipos de Jungmann y Yin informan conjuntamente una solución para superar esta limitación. En su nuevo estudio, adaptaron la tecnología DNA-PAINT a microscopios que están muy extendidos entre los laboratorios de biología celular, llamados microscopios confocales, y que los investigadores utilizan para obtener imágenescélulas enteras y tejidos más gruesos a menor resolución. El equipo del Instituto MPI / Wyss demuestra que el método puede visualizar una variedad de moléculas diferentes, incluidas combinaciones de diferentes proteínas, ARN y ADN a lo largo de toda la profundidad de las células enteras en súper resolución. Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el enfoque podría abrir la puerta a estudios detallados de localización de moléculas individuales en muchas áreas de la investigación celular.
El enfoque de DNA-PAINT une una "cadena de anclaje de ADN a la molécula de interés. Luego, una" cadena de imagen "de ADN marcada con colorante con una secuencia complementaria se une transitoriamente al ancla y produce una señal fluorescente, que ocurre como un parpadeo definidoevento en sitios moleculares únicos. Debido a que el "parpadeo" es sintonizable con precisión, las moléculas que están separadas solo en nanómetros entre sí se pueden distinguir, en el extremo de mayor resolución de la superresolución.
"Nuestro nuevo enfoque, SDC-PAINT, integra las capacidades versátiles de súper resolución de DNA-PAINT con las características de seccionamiento óptico de los microscopios confocales. Así creamos los medios para explorar la profundidad completa de una célula y visualizar las moléculasdentro de él a escala nanométrica ", dijo Jungmann. El equipo identificó la presencia de diferentes combinaciones de proteínas dentro de las células completas y luego fue más allá de eso". Al diversificar nuestros enfoques de etiquetado, también visualizamos diferentes tipos de biomoléculas individuales en el cromosoma.que contiene el núcleo, incluidas las secuencias en el ADN, las proteínas unidas al ADN o la membrana que encierra el núcleo, así como los ARN nucleares ", agrega Yin, quien también es co-líder de la Iniciativa de Robótica Molecular del Instituto Wyss y Profesor de Biología de Sistemasen la Escuela de Medicina de Harvard.
En principio, los microscopios confocales utilizan los llamados orificios para eliminar la fluorescencia desenfocada no deseada de los planos de imagen por encima y por debajo del plano focal. Al escanear a través de la muestra, plano tras plano, los investigadores pueden reunir las señales de fluorescencia emitidas por la moléculacolorantes unidos en toda la profundidad. Específicamente, el equipo del Instituto MPI / Wyss desarrolló la técnica para los microscopios "Spinning Disk Confocal" SDC que detectan señales de fluorescencia de un plano entero al mismo tiempo al detectarlas a través de un disco giratorio con múltiples agujeros.Además, "para lograr una súper resolución 3D, colocamos una lente adicional en la ruta de detección, lo que nos permite archivar una resolución limitada por subdifracción en la tercera dimensión", dijo el primer autor Florian Schueder, un estudiante graduado que trabaja con Jungmann, quienTambién trabajó con el equipo del Instituto Wyss de Yin como parte de su tesis de maestría.
"Esta adición puede personalizarse fácilmente por los fabricantes de microscopios SDC; por lo tanto, básicamente implementamos microscopía de súper resolución sin cambios complejos de hardware en los microscopios que generalmente están disponibles para los biólogos celulares de todos los lugares de investigación biomédica. El enfoque tiene el potencial dedemocratizar las imágenes de súper resolución en células y tejidos enteros ", dijo Jungmann.
"Con este importante avance, la microscopía de súper resolución y la PINTURA DE ADN podrían ser más accesibles para los investigadores biomédicos, acelerando nuestra comprensión de la función de las moléculas individuales y los procesos que controlan dentro de las células", dijo el Director Fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber,MD, Ph.D., quien también es el profesor de Biología Vascular Judah Folkman en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, así como Profesor de Bioingeniería en SEAS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Benjamin Boettner. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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