Une équipe de recherche de l’Université Carnegie Mellon et de Columbia a combiné deux systems d’imagerie émergentes pour mieux visualiser un big éventail de biomolécules, notamment des protéines, des lipides et de l’ADN, à l’échelle nanométrique. Leur method, qui associe la microscopie à growth et la microscopie à diffusion Raman stimulée, est détaillée dans Advanced Science.
Les biomolécules sont traditionnellement imagées à l’aide de la microscopie à fluorescence, mais cette system a ses limites. La microscopie fluorescente repose sur des étiquettes porteuses de fluorophores pour se lier et marquer les molécules d’intérêt. Ces balises émettent une lumière fluorescente avec une huge gamme de longueurs d’onde, ainsi les chercheurs ne peuvent utiliser que 3 à 4 couleurs fluorescentes dans le spectre visible à la fois pour étiqueter les molécules d’intérêt.
Contrairement à la microscopie à fluorescence, la microscopie à diffusion Raman stimulée (SRS) visualise les liaisons chimiques des biomolécules en capturant leurs empreintes vibratoires. En ce sens, SRS n’a pas besoin d’étiquettes pour voir les différents sorts de biomolécules, ou même différents isotopes, dans un échantillon. De in addition, un arc-en-ciel de colorants avec des spectres vibratoires uniques peut être utilisé pour imager plusieurs cibles. Cependant, le SRS a une limite de diffraction d’environ 300 nanomètres, ce qui le rend incapable de visualiser de nombreuses buildings nanométriques cruciales trouvées dans les cellules et les tissus.
“Chaque kind de molécule a sa propre empreinte vibratoire. Le SRS nous permet de voir le form de molécule que nous voulons en syntonisant la fréquence caractéristique de ses vibrations. Quelque chose comme basculer entre les stations de radio.” a déclaré le professeur agrégé de sciences biologiques de la famille Carnegie Mellon Eberly Yongxin (Leon) Zhao.
Le laboratoire de Zhao a développé de nouveaux outils d’imagerie basés sur la microscopie d’expansion – une approach qui résout le problème des limites de diffraction dans un big éventail d’imagerie biologique. La microscopie par enlargement prélève des échantillons biologiques et les transforme en hydrogels solubles dans l’eau. Les hydrogels peuvent ensuite être traités et amenés à se dilater jusqu’à as well as de 100 fois leur quantity d’origine. Les échantillons expansés peuvent ensuite être imagés en utilisant des tactics conventional.
“Tout comme la SRS a pu surmonter les limites de la microscopie à fluorescence, la microscopie à growth surmonte les limites de la SRS”, a déclaré Zhao.
Les chercheurs de Carnegie Mellon et de Columbia ont combiné la SRS et la microscopie d’expansion pour créer une imagerie à l’échelle nanométrique de la fluorescence activée par gel moléculaire et une microscopie à diffusion Raman stimulée (MAGNIFIERS). La strategy de microscopie d’expansion de Zhao a pu agrandir les échantillons jusqu’à 7,2 fois, leur permettant d’utiliser le SRS pour imager des molécules et des buildings moreover petites qu’ils ne pourraient le faire sans expansion.
Dans l’étude récemment publiée, l’équipe de recherche a montré que les MAGNIFIERS pouvaient être utilisés pour l’imagerie métabolique à haute résolution d’agrégats de protéines, comme ceux créés dans des disorders telles que la maladie de Huntington. Ils ont également montré que MAGNIFIERS pouvait cartographier l’emplacement à l’échelle nanométrique de huit marqueurs différents dans le tissu cérébral en même temps.
Les chercheurs prévoient de continuer à développer la procedure MAGNIFIERS pour obtenir une imagerie à moreover haute résolution et à plus haut débit pour comprendre la pathologie de maladies complexes, telles que le most cancers et les troubles cérébraux.
Les co-auteurs supplémentaires de l’étude incluent : Alexsandra Klimas, Brendan Gallagher, Zhangu Cheng, Feifei Fu, Piyumi Wijesekara et Xi Ren de Carnegie Mellon et Yupeng Miao, Lixue Shi et Wei Min de Colombie
Cette recherche a été financée par les National Institutes of Overall health (DP2 OD025926-01, R01 GM128214, R01 GM132860 et R01 EB029523), l’Université Carnegie Mellon, la DSF Charitable Foundation et le Département américain de la Défense (VR190139).