Το μοριακό ραβδί μέτρησης θα μπορούσε να προωθήσει τη μικροσκοπία υπερ-ανάλυσης - Physics World

Εάν θέλετε να μετρήσετε ένα καθημερινό αντικείμενο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν χάρακα - ένα κομμάτι υλικού με σταθερό μήκος και τακτικά σημειωμένα χωρίσματα. Χάρη σε μια νέα συσκευή που ονομάζεται PicoRuler, η ίδια αρχή μέτρησης μπορεί τώρα να εφαρμοστεί σε μικροσκοπικά αντικείμενα όπως κύτταρα και μόρια. Αναπτύχθηκε από ερευνητές στο Julius-Maximilians Universität (JMU) Würzburg στη Γερμανία, το μικροσκοπικό ραβδί μέτρησης λειτουργεί σε βιολογικά περιβάλλοντα και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή της ικανότητας τεχνικών μικροσκοπίας υπερ-ανάλυσης να απεικονίζουν αντικείμενα μήκους μικρότερου των 10 nm.

Το μικροσκόπιο υπερ-ανάλυσης που βασίζεται σε απεικόνιση φθορισμού έχει αναπτυχθεί γρήγορα τα τελευταία 20 χρόνια. Είναι πλέον ρουτίνα για τέτοιες μεθόδους να επιλύουν δομές τόσο μικρές όσο μερικά νανόμετρα – πολύ κάτω από το όριο περίθλασης για τη συμβατική μικροσκοπία ορατού φωτός.

Για να προωθήσουν αυτές τις τεχνικές περαιτέρω, οι ερευνητές χρειάζονται δομές αναφοράς για τη βαθμονόμηση της απόδοσης των μικροσκοπίων τους. Η κύρια μέθοδος βαθμονόμησης που χρησιμοποιείται σήμερα βασίζεται σε τεχνητές δομές origami DNA. Αυτά μπορούν να συντεθούν για να μεταφέρουν πολλά φθοροφόρα σε καλά καθορισμένες θέσεις σε απόσταση μικρότερη από 10 nm μεταξύ τους, επιτρέποντάς τους να λειτουργούν σαν χάρακες για απεικόνιση κάτω των 10 nm. Το πρόβλημα είναι ότι το DNA origami είναι πολύ αρνητικά φορτισμένο και επομένως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε βιολογικά μέσα κυτταρικής απεικόνισης του πραγματικού κόσμου.

Κάνοντας κλικ στη θέση του

Με επικεφαλής βιοτεχνολόγους Μάρκους Σάουερ και Γκέρτη Μπελιού, η ομάδα JMU ανέπτυξε μια βιοσυμβατή εναλλακτική λύση που βασίζεται σε μια πρωτεΐνη τριών μερών που ονομάζεται πυρηνικό αντιγόνο πολλαπλασιαζόμενου κυττάρου (PCNA). Με την εισαγωγή συνθετικών αμινοξέων σε αυτήν την πρωτεΐνη σε επακριβώς καθορισμένες θέσεις σε απόσταση 6 nm μεταξύ τους, κατέστησαν δυνατό τα μόρια φθορίζουσας χρωστικής να κάνουν χημικό «κλικ» πάνω της με αποτελεσματικό τρόπο. Αυτή η νέα δομή τους επέτρεψε να δοκιμάσουν την ανάλυση μιας τεχνικής γνωστής ως συσσώρευση σημείων με βάση το DNA για απεικόνιση σε τοπογραφία νανοκλίμακας (DNA-PAINT) μέχρι τα 6 nm. Ο Sauer λέει ότι θα μπορούσε επίσης να είναι σημαντικό για άλλες τεχνικές όπως η άμεση στοχαστική οπτική μικροσκοπία ανακατασκευής (dSTORM), το MINFLUX ή το MINSTED.

«Αυτές οι προηγμένες τεχνικές μικροσκοπίας μπορούν να επιτύχουν χωρικές αναλύσεις στην περιοχή μερικών νανομέτρων και ο νέος χάρακας θα χρησιμεύσει ως εργαλείο βαθμονόμησης για την επαλήθευση και τη βελτίωση της ακρίβειάς τους», λέει.

Εξερευνώντας τη δομή των κυττάρων από μέσα

Οι ερευνητές προσπαθούν τώρα να βελτιστοποιήσουν τον χάρακα τους για χρήση σε διάφορα βιολογικά περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένων των ζωντανών κυττάρων. Μια άλλη κατεύθυνση ανάπτυξης, λέει ο Sauer, θα μπορούσε να είναι η παροχή PicoRulers απευθείας στα ίδια τα κύτταρα μέσω τεχνικών όπως η μικροέγχυση ή η λειτουργικοποίηση με πεπτίδια που διεισδύουν στα κύτταρα. Οι συσκευές θα μπορούσαν έτσι να χρησιμοποιηθούν για να εξερευνήσουν τη δομή ενός κυττάρου εκ των έσω, αποκτώντας γνώσεις που θα μπορούσαν να προωθήσουν την κυτταρική βιολογία και να φέρουν καλύτερη κατανόηση των ασθενειών και των οδών για την ανάπτυξη φαρμάκων.

«Η ομάδα μας εστιάζει επίσης στην επέκταση της γκάμα των βιομορίων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως PicoRulers», λέει ο Sauer. Κόσμος Φυσικής. «Για αυτό το σκοπό θα εξετάσουμε διαφορετικές πρωτεΐνες και άλλα βιολογικά σύμπλοκα. Είμαστε πεπεισμένοι ότι η ανάπτυξη του PicoRuler μας σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα προόδου στον τομέα της μικροσκοπίας υπερ-ανάλυσης, προσφέροντας ένα πολύτιμο εργαλείο για την εξερεύνηση κυτταρικών και μοριακών δομών σε πρωτοφανείς αναλύσεις».

Ο PicoRuler περιγράφεται στο Προηγμένων Υλικών.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/molecular-measuring-stick-could-advance-super-resolution-microscopy/