Que đo phân tử có thể cải tiến kính hiển vi siêu phân giải – Vật lý Thế giới

Que đo phân tử có thể cải tiến kính hiển vi siêu phân giải – Vật lý Thế giới

Dấu thời gian: ngày 25 tháng 2024 năm 4 30:XNUMX sáng
Nút nguồn: 3083700


Hình ảnh cho thấy các que đo được nhóm thành hình tam giác và được bao quanh bởi các phân tử nguệch ngoạc
PicoRuler: Thước đo phân tử dựa trên protein giúp kiểm tra độ phân giải quang học của các phương pháp kính hiển vi siêu phân giải mới nhất trên các phân tử sinh học trong phạm vi dưới 10 nanomet trong điều kiện thực tế. (Được phép: Gerti Beliu, DALL-E 3 / Đại học Würzburg)

Nếu bạn muốn đo một vật dụng hàng ngày, bạn có thể sử dụng thước kẻ – một mảnh vật liệu có chiều dài cố định và các vạch chia được đánh dấu đều đặn. Nhờ một thiết bị mới có tên PicoRuler, nguyên tắc đo tương tự giờ đây có thể được áp dụng cho các vật thể nhỏ như tế bào và phân tử. Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Julius-Maximilians (JMU) Würzburg ở Đức, que đo cực nhỏ hoạt động trong môi trường sinh học và có thể được sử dụng để kiểm tra khả năng của các kỹ thuật kính hiển vi siêu phân giải đối với các vật thể có chiều dài dưới 10 nm.

Kính hiển vi siêu phân giải dựa trên hình ảnh huỳnh quang đã phát triển nhanh chóng trong 20 năm qua. Hiện nay các phương pháp như vậy thường được sử dụng để giải quyết các cấu trúc nhỏ đến vài nanomet – thấp hơn nhiều so với giới hạn nhiễu xạ đối với kính hiển vi ánh sáng khả kiến ​​thông thường.

Để phát triển những kỹ thuật này hơn nữa, các nhà nghiên cứu cần các cấu trúc tham chiếu để hiệu chỉnh hiệu suất của kính hiển vi. Phương pháp hiệu chỉnh chính hiện đang được sử dụng dựa trên cấu trúc origami DNA nhân tạo. Chúng có thể được tổng hợp để mang một số chất huỳnh quang ở các vị trí được xác định rõ cách nhau dưới 10 nm, cho phép chúng hoạt động giống như những thước kẻ để chụp ảnh dưới 10 nm. Vấn đề là DNA origami mang điện tích âm cao và do đó không thể sử dụng được trong phương tiện chụp ảnh tế bào sinh học trong thế giới thực.

Bấm vào vị trí

Được dẫn dắt bởi các nhà công nghệ sinh học Markus Sauer và Gerti Beliu, nhóm JMU đã phát triển một giải pháp thay thế tương thích sinh học dựa trên protein gồm ba phần được gọi là kháng nguyên nhân tế bào tăng sinh (PCNA). Bằng cách đưa các axit amin tổng hợp vào protein này ở các vị trí được xác định chính xác cách nhau 6 nm, họ đã giúp các phân tử thuốc nhuộm huỳnh quang có thể “nhấp chuột” hóa học vào nó một cách hiệu quả. Cấu trúc mới này cho phép họ kiểm tra độ phân giải của một kỹ thuật được gọi là tích lũy điểm dựa trên DNA để chụp ảnh địa hình kích thước nano (DNA-PAINT) xuống tới 6 nm. Sauer cho biết nó còn có thể quan trọng đối với các kỹ thuật khác như kính hiển vi tái tạo quang học ngẫu nhiên trực tiếp (dSTORM), MINFLUX hoặc MINSTED.

Ông nói: “Các kỹ thuật kính hiển vi tiên tiến này có thể đạt được độ phân giải không gian trong phạm vi vài nanomet, và thước đo mới sẽ đóng vai trò là công cụ hiệu chỉnh để xác minh và nâng cao độ chính xác của chúng”.

Khám phá cấu trúc tế bào từ bên trong

Các nhà nghiên cứu hiện đang tìm cách tối ưu hóa thước kẻ của họ để sử dụng trong nhiều môi trường sinh học khác nhau, bao gồm cả tế bào sống. Sauer cho biết, một hướng phát triển khác có thể là đưa PicoRulers trực tiếp vào tế bào thông qua các kỹ thuật như vi tiêm hoặc chức năng hóa bằng các peptide thâm nhập tế bào. Do đó, các thiết bị này có thể được sử dụng để khám phá cấu trúc của tế bào từ bên trong, thu thập kiến ​​thức có thể thúc đẩy sinh học tế bào và mang lại sự hiểu biết tốt hơn về bệnh tật cũng như con đường phát triển thuốc.

Sauer cho biết: “Nhóm của chúng tôi cũng đang tập trung vào việc mở rộng phạm vi phân tử sinh học có thể được sử dụng làm PicoRulers”. Thế giới vật lý. “Để đạt được mục tiêu này, chúng tôi sẽ xem xét các loại protein khác nhau và các phức hợp sinh học khác. Chúng tôi tin rằng sự phát triển PicoRuler của chúng tôi đánh dấu một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực kính hiển vi siêu phân giải, cung cấp một công cụ có giá trị để khám phá cấu trúc tế bào và phân tử ở độ phân giải chưa từng có.”

PicoRuler được mô tả trong Vật liệu tiên tiến.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý