Molekylær målestav kan fremme superoppløsningsmikroskopi – Physics World

Hvis du vil måle en hverdagsgjenstand, kan du bruke en linjal – et stykke materiale med fast lengde og regelmessig markerte inndelinger. Takket være en ny enhet kalt en PicoRuler, kan det samme måleprinsippet nå brukes på små gjenstander som celler og molekyler. Utviklet av forskere ved Julius-Maximilians Universität (JMU) Würzburg i Tyskland, fungerer den minimale målestaven i biologiske miljøer og kan brukes til å teste evnen til superoppløsningsmikroskopiteknikker til å avbilde objekter som er mindre enn 10 nm lange.

Superoppløsningsmikroskopi basert på fluorescensavbildning har utviklet seg raskt de siste 20 årene. Det er nå rutine for slike metoder å løse opp strukturer så små som noen få nanometer – langt under diffraksjonsgrensen for konvensjonell mikroskopi med synlig lys.

For å presse disse teknikkene videre, trenger forskere referansestrukturer for å kalibrere mikroskopenes ytelse. Den viktigste kalibreringsmetoden som for tiden er i bruk, er avhengig av kunstige DNA-origami-strukturer. Disse kan syntetiseres for å bære flere fluoroforer i veldefinerte posisjoner mindre enn 10 nm fra hverandre, slik at de kan fungere som linjaler for sub-10 nm avbildning. Problemet er at DNA-origami er svært negativt ladet og kan derfor ikke brukes i biologiske cellulære bildemedier i den virkelige verden.

Klikker på plass

Ledet av bioteknologer Markus Sauer og Gerti Beliu, utviklet JMU-teamet et biokompatibelt alternativ basert på et tredelt protein kalt proliferating cell nuclear antigen (PCNA). Ved å introdusere syntetiske aminosyrer på dette proteinet på nøyaktig definerte posisjoner med en avstand på 6 nm fra hverandre, gjorde de det mulig for fluorescerende fargestoffmolekyler å kjemisk "klikke" på det på en effektiv måte. Denne nye strukturen tillot dem å teste oppløsningen til en teknikk kjent som DNA-basert punktakkumulering for avbildning i nanoskala topografi (DNA-PAINT) ned til 6 nm. Sauer sier at det også kan være viktig for andre teknikker som direkte stokastisk optisk rekonstruksjonsmikroskopi (dSTORM), MINFLUX eller MINSTED.

"Disse avanserte mikroskopiteknikkene kan oppnå romlige oppløsninger i området på noen få nanometer, og den nye linjalen vil tjene som et kalibreringsverktøy for å verifisere og forbedre nøyaktigheten deres," sier han.

Utforske cellestruktur innenfra

Forskerne er nå ute etter å optimalisere linjalen sin for bruk i ulike biologiske miljøer, inkludert levende celler. En annen retning for utvikling, sier Sauer, kan være å levere PicoRulers direkte inn i selve cellene gjennom teknikker som mikroinjeksjon eller funksjonalisering med cellepenetrerende peptider. Enhetene kan dermed brukes til å utforske strukturen til en celle innenfra, tilegne seg kunnskap som kan fremme cellulær biologi og gi en bedre forståelse av sykdommer og veier til medikamentutvikling.

"Teamet vårt fokuserer også på å utvide utvalget av biomolekyler som kan brukes som PicoRulers," forteller Sauer Fysikkens verden. "For dette formål vil vi se på forskjellige proteiner og andre biologiske komplekser. Vi er overbevist om at utviklingen av vår PicoRuler markerer et betydelig skritt fremover innen superoppløsningsmikroskopi, og tilbyr et verdifullt verktøy for å utforske cellulære og molekylære strukturer med enestående oppløsninger.»

PicoRuler er beskrevet i Advanced Materials.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/molecular-measuring-stick-could-advance-super-resolution-microscopy/