Molekularny kij pomiarowy może ulepszyć mikroskopię o super rozdzielczości – Świat Fizyki

Jeśli chcesz zmierzyć przedmiot codziennego użytku, możesz skorzystać z linijki – kawałka materiału o ustalonej długości i regularnie zaznaczonych podziałach. Dzięki nowemu urządzeniu zwanemu PicoRuler tę samą zasadę pomiaru można teraz zastosować do małych obiektów, takich jak komórki i cząsteczki. Opracowany przez naukowców z Julius-Maximilians Universität (JMU) w Würzburgu w Niemczech maleńki drążek pomiarowy działa w środowiskach biologicznych i może zostać wykorzystany do testowania zdolności technik mikroskopii o superrozdzielczości do obrazowania obiektów o długości mniejszej niż 10 nm.

Mikroskopia o super rozdzielczości oparta na obrazowaniu fluorescencyjnym szybko się rozwinęła w ciągu ostatnich 20 lat. Obecnie rutynowym stosowaniem takich metod jest rozpoznawanie struktur o wielkości zaledwie kilku nanometrów – znacznie poniżej granicy dyfrakcji dla konwencjonalnej mikroskopii w świetle widzialnym.

Aby dalej rozwijać te techniki, badacze potrzebują struktur referencyjnych do kalibracji działania swoich mikroskopów. Główna obecnie stosowana metoda kalibracji opiera się na strukturach origami sztucznego DNA. Można je zsyntetyzować tak, aby zawierały kilka fluoroforów w dobrze określonych pozycjach oddalonych od siebie o mniej niż 10 nm, dzięki czemu mogą działać jak linijki do obrazowania w zakresie poniżej 10 nm. Problem polega na tym, że origami DNA jest silnie naładowane ujemnie i dlatego nie można go stosować w biologicznych nośnikach obrazowania komórkowego w świecie rzeczywistym.

Kliknięcie na miejscu

Prowadzeni przez biotechnologów Markusa Sauera i Gerti Beliuzespół JMU opracował biokompatybilną alternatywę opartą na trzyczęściowym białku zwanym antygenem jądrowym komórek proliferujących (PCNA). Wprowadzając syntetyczne aminokwasy do tego białka w precyzyjnie określonych pozycjach oddalonych od siebie o 6 nm, umożliwili cząsteczkom barwnika fluorescencyjnego chemiczne „kliknięcie” w nie w skuteczny sposób. Ta nowa struktura umożliwiła im przetestowanie rozdzielczości techniki zwanej akumulacją punktów opartą na DNA do obrazowania w topografii w skali nano (DNA-PAINT) do 6 nm. Sauer twierdzi, że może to być również ważne w przypadku innych technik, takich jak bezpośrednia mikroskopia stochastyczna z rekonstrukcją optyczną (dSTORM), MINFLUX lub MINSTED.

„Te zaawansowane techniki mikroskopii umożliwiają osiągnięcie rozdzielczości przestrzennej w zakresie kilku nanometrów, a nowa linijka posłuży jako narzędzie kalibracyjne umożliwiające weryfikację i zwiększenie ich dokładności” – mówi.

Badanie struktury komórki od wewnątrz

Naukowcy pracują obecnie nad optymalizacją linijki do stosowania w różnych środowiskach biologicznych, w tym w żywych komórkach. Sauer twierdzi, że innym kierunkiem rozwoju mogłoby być dostarczanie PicoRulers bezpośrednio do samych komórek za pomocą technik takich jak mikroiniekcja lub funkcjonalizacja peptydami penetrującymi komórki. Urządzenia można zatem wykorzystać do badania struktury komórki od wewnątrz, zdobywając wiedzę, która może przyczynić się do postępu w biologii komórkowej i lepszego zrozumienia chorób i ścieżek opracowywania leków.

Mikroskopia o wysokiej rozdzielczości ujawnia maszynerię replikującą koronawirusa

„Nasz zespół koncentruje się również na poszerzaniu zakresu biomolekuł, które można wykorzystać jako PicoRulers” – mówi Sauer Świat Fizyki. „W tym celu będziemy badać różne białka i inne kompleksy biologiczne. Jesteśmy przekonani, że rozwój naszego PicoRuler stanowi znaczący krok naprzód w dziedzinie mikroskopii superrozdzielczej, oferując cenne narzędzie do badania struktur komórkowych i molekularnych w niespotykanych dotąd rozdzielczościach.”

PicoRuler opisano w Zaawansowane materiały.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/molecular-measuring-stick-could-advance-super-resolution-microscopy/