Molekylär mätsticka kan främja superupplösningsmikroskopi – Physics World

Om du vill mäta ett vardagsföremål kan du använda en linjal – ett materialstycke med fast längd och regelbundet markerade indelningar. Tack vare en ny enhet som kallas PicoRuler kan samma mätprincip nu tillämpas på små föremål som celler och molekyler. Utvecklad av forskare vid Julius-Maximilians Universität (JMU) Würzburg i Tyskland, den minimala mätstaven fungerar i biologiska miljöer och kan användas för att testa förmågan hos superupplösningsmikroskopitekniker att avbilda föremål som är mindre än 10 nm långa.

Superupplösningsmikroskopi baserad på fluorescensavbildning har utvecklats snabbt under de senaste 20 åren. Det är nu rutin för sådana metoder att lösa upp strukturer så små som några nanometer – långt under diffraktionsgränsen för konventionell mikroskopi med synligt ljus.

För att driva dessa tekniker ytterligare behöver forskare referensstrukturer för att kalibrera deras mikroskops prestanda. Den huvudsakliga kalibreringsmetoden som för närvarande används bygger på artificiella DNA-origamistrukturer. Dessa kan syntetiseras för att bära flera fluoroforer vid väldefinierade positioner mindre än 10 nm från varandra, vilket gör att de kan fungera som linjaler för sub-10 nm avbildning. Problemet är att DNA-origami är mycket negativt laddat och därför inte kan användas i verkliga biologiska cellulära avbildningsmedia.

Klickar på plats

Leds av bioteknologer Markus Sauer och Gerti Beliu, utvecklade JMU-teamet ett biokompatibelt alternativ baserat på ett tredelat protein som kallas proliferating cell nuclear antigen (PCNA). Genom att introducera syntetiska aminosyror på detta protein på exakt definierade positioner åtskilda 6 nm, gjorde de det möjligt för fluorescerande färgämnesmolekyler att kemiskt "klicka" på det på ett effektivt sätt. Denna nya struktur gjorde det möjligt för dem att testa upplösningen av en teknik som kallas DNA-baserad punktackumulering för avbildning i nanoskala topografi (DNA-PAINT) ner till 6 nm. Sauer säger att det också kan vara viktigt för andra tekniker som direkt stokastisk optisk rekonstruktionsmikroskopi (dSTORM), MINFLUX eller MINSTED.

"Dessa avancerade mikroskopitekniker kan uppnå rumsliga upplösningar inom intervallet några nanometer, och den nya linjalen kommer att fungera som ett kalibreringsverktyg för att verifiera och förbättra deras noggrannhet", säger han.

Utforska cellstruktur inifrån

Forskarna försöker nu optimera sin linjal för användning i olika biologiska miljöer, inklusive levande celler. En annan utvecklingsriktning, säger Sauer, kan vara att leverera PicoRulers direkt in i själva cellerna genom tekniker som mikroinjektion eller funktionalisering med cellpenetrerande peptider. Enheterna skulle således kunna användas för att utforska strukturen av en cell inifrån, få kunskap som kan främja cellulär biologi och ge en bättre förståelse för sjukdomar och vägar till läkemedelsutveckling.

"Vårt team fokuserar också på att utöka utbudet av biomolekyler som kan användas som PicoRulers", säger Sauer Fysikvärlden. "För detta ändamål kommer vi att undersöka olika proteiner och andra biologiska komplex. Vi är övertygade om att utvecklingen av vår PicoRuler markerar ett betydande steg framåt inom området för superupplösningsmikroskopi, och erbjuder ett värdefullt verktyg för att utforska cellulära och molekylära strukturer med oöverträffade upplösningar.”

PicoRulern beskrivs i Advanced Materials.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/molecular-measuring-stick-could-advance-super-resolution-microscopy/