Az expanziós mikroszkópia lehetővé teszi a nanoképalkotást hagyományos mikroszkóppal

Az expanziós mikroszkóp egy biológiai képalkotó technika, amely lehetővé teszi a nanoméretű képalkotást hagyományos diffrakció-korlátozott fluoreszcens mikroszkóppal. Úgy működik, hogy a mintákat vízben duzzadó hidrogélbe ágyazza, majd a gélt kitágítja. Ez fizikailag kitágítja a biomolekulákat egymástól, lehetővé téve a lekérdezésüket olyan felbontásban, amely korábban csak drága, nagy felbontású képalkotó technikákkal volt elérhető.

A jelenlegi bővítőmikroszkópos protokollok azonban nem optimalizáltak széles körű alkalmazásra. A mintákat egyedi rögzítőszerekkel kell kezelni, hogy meghatározott biomolekulákat és címkéket kapcsoljanak a hidrogélhez. Ezen túlmenően a legtöbb megközelítés csak nagyjából négyszeres szövettágulást ért el, és a tényleges felbontást körülbelül 70 nm-re korlátozta egy hagyományos optikai mikroszkópon, 280 nm-es diffrakció-korlátozott objektívlencsével.

E hiányosságok kiküszöbölése érdekében egy csapat elindult Carnegie Mellon University kifejlesztett egy új kiterjesztő mikroszkópos stratégiát, a Magnify nevet. pontban leírt protokoll Nature Biotechnology, egy új, mechanikusan erős hidrogélt használ, amely megtartja a biomolekulák spektrumát anélkül, hogy külön rögzítési lépésre lenne szükség.

A Magnify a mintákat akár 11-szeresére is képes nagyítani, lehetővé téve a sejtek és szövetek körülbelül 25 nm-es hatékony felbontású képalkotását hagyományos mikroszkóppal. A szuperfelbontású optikai fluktuációs képalkotással (SOFI, egy számítási utófeldolgozási módszer) kombinálva körülbelül 15 nm-es hatékony felbontást ért el.

A korábbi expanziós mikroszkópos protokollok sok olyan biomolekulát is megköveteltek, amelyek összetartják a szöveteket. „Ahhoz, hogy a sejteket valóban tágíthatóvá tegyük, enzimeket kell használni a fehérjék megemésztésére, így végül egy üres gél volt, amelyen címkék jelzik a kérdéses fehérje helyét” – magyarázza a vezető szerző. Yongxin Zhao egy sajtónyilatkozatban.

„A Magnify egyik fő értékesítési pontja az az univerzális stratégia, hogy a szövet biomolekuláit, beleértve a fehérjéket, nukleinsavakat és szénhidrátokat, a kiterjesztett mintán belül tartsák. A molekulák érintetlenek maradnak, és egyetlen mintában többféle biomolekula is megjelölhető” – teszi hozzá Zhao.

Széles körű alkalmazások

Zhao és munkatársai a Magnify-t számos szövettípusra alkalmazták. A teljes fehérjetartalomra festett 11-szeresére kiterjesztett egér agyszakasz leképezése például lehetővé tette az egyes agyi szinapszisok nanoszkopikus architektúrájának megjelenítését. A Magnify körülbelül 18 nm-es hatékony felbontóképességet mutatott egy × 60-as objektívlencse használatával (körülbelül 200 nm diffrakciós határ).

A kutatók megerősítették a Magnify protokoll által elért alacsony torzítást számos szövettípuson, SOFI előtágítással és konfokális mikroszkóppal az expanzió után. Nem találtak lényeges morfológiai változásokat a sejtmagok expanzió előtti és utáni képei és a fehérjemarkerek között sem makroszkopikus, sem szubdiffrakciós szinten.

A csapat a Magnify-t számos formalinban rögzített paraffinba ágyazott mintán is tesztelte – amelyek a legfontosabb biopsziás készítmények közé tartoznak, de a jelenlegi protokollokkal nehéz bővíteni. Ez magában foglalta a veséből, a mellből, az agyból és a vastagbélből származó szövetmetszetek, valamint a megfelelő daganatok. A Magnify a szövettípustól függően körülbelül 8.00–10.77-szeresére növelheti a mintákat vízben.

Az egyik kulcsfontosságú cél az volt, hogy a Magnify-t alkalmassá tegyék szövetminták széles köréhez, megkönnyítve annak felvételét az új protokollt átvenni szándékozó kutatók számára. „Különböző szövettípusokkal, rögzítési módszerekkel működik, és még a megőrzött és tárolt szövetekkel is működik” – mondja az első szerző. Brendan Gallagher. „Nagyon rugalmas, mivel nem kell feltétlenül újratervezni a kísérleteket a Magnify szem előtt tartásával; működni fog azzal, amivel már rendelkezel."

A felbontás növelése

Annak bizonyítására, hogy a Magnify és a SOFI párosítása lehetővé tette a effektív felbontás további növekedését, a kutatók a kombinációt az emberi tüdő organoidjainak, különösen a légutak nyálkahártyájának tisztítására szolgáló csillók leképezésére használták. 200 nm átmérőjű és mindössze néhány mikrométer hosszúságú struktúrák általában túl kicsik ahhoz, hogy olyan technológia alkalmazása nélkül is láthatók legyenek, mint az elektronmikroszkóp (EM).

A Magnify-SOFI teljesen fel tudja oldani a csillók és a bazális testek üreges szerkezetét, beleértve a külső gyűrűt, amelyről korábban az EM kimutatta, hogy kilenc mikrotubulusköteget tartalmaz. A kutatók az effektív felbontást körülbelül 14-17 nm-re becsülték (280 nm-es diffrakció-korlátozott objektívvel). Képesek voltak a genetikai mutációkkal rendelkező tüdősejtek csillóinak hibáinak megjelenítésére is.

A szuperfelbontású mikroszkóppal a koronavírus-szaporító gépezet látható

"A legújabb Magnify technikákkal kiterjeszthetjük ezeket a tüdőszöveteket, és elkezdhetjük látni a mozgó csillók ultrastruktúráját akár normál mikroszkóppal is, és ez meggyorsítja mind az alapvető, mind a klinikai vizsgálatokat" - kommentálja a társszerző. Xi Ren.

A Magnify sikeres fejlesztésére építve a csapat most még összetettebb szövetminták tanulmányozására használja. "Ebbe beletartozik a fertőzött szövetek, valamint nagyobb példányok, például egész szervek feltárása" - mondja Zhao Fizika Világa. „Sőt, azon dolgozunk, hogy optimalizáljuk a Magnify-t patológiás emberi minták vizsgálatára, valamint az agy nanoméretű változásainak tanulmányozására a tanulási folyamatok és betegségek során. Ezekkel az áttörésekkel további felfedezések várhatók ezen a rendkívül ígéretes kutatási területen.”

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/expansion-microscopy-enables-nanoimaging-with-a-conventional-microscope/