Ωθώντας τα όρια της μικροσκοπίας υπερ-ανάλυσης: μικροσκοπία αυτοευθυγράμμισης
Μικροσκόπιο εξαιρετικά ακριβείας που ξεπερνά τους περιορισμούς του βραβευμένου με Νόμπελ μικροσκοπίου υπερ-ανάλυσης θα επιτρέψει στους επιστήμονες να μετρήσουν απευθείας τις αποστάσεις μεταξύ μεμονωμένων μορίων.
Ιατρικοί ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας πέτυχαν πρωτοφανή ανάλυση στη μικροσκοπία ενός μορίου για την ανίχνευση αλληλεπιδράσεων μεταξύ μεμονωμένων μορίων σε άθικτα κύτταρα.
Το Νόμπελ Χημείας 2014 απονεμήθηκε για την ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροσκοπίας φθορισμού υπερ-ανάλυσης, η οποία παρείχε στους μικροσκοπικούς την πρώτη μοριακή άποψη του εσωτερικού ενός κυττάρου, ένα χαρακτηριστικό που παρέχει νέες μοριακές απόψεις περίπλοκων βιολογικών συστημάτων και διεργασιών.
Τώρα, τα όρια ανίχνευσης της μικροσκοπίας ενός μορίου έχουν πιεστεί για άλλη μια φορά και λεπτομέρειες έχουν δημοσιευθεί στο τελευταίο τεύχος του Science Advances.
Ήταν δυνατή η παρατήρηση και η παρακολούθηση μεμονωμένων μορίων με μικροσκόπια υπερυψηλής ανάλυσης, αλλά οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών των μορίων συμβαίνουν σε κλίμακα που είναι τουλάχιστον τέσσερις φορές μικρότερη από αυτή που αναλύεται από τα υπάρχοντα μικροσκόπια ενός μορίου.
"Ο λόγος για τον οποίο τα μικροσκόπια ενός μορίου έχουν τυπικά ακρίβεια εντοπισμού περίπου 20 έως 30 νανόμετρα είναι συνήθως επειδή το μικροσκόπιο κινείται πραγματικά όταν ανιχνεύει σήματα. Αυτό οδηγεί σε αβεβαιότητα. Χρησιμοποιώντας υπάρχοντα όργανα υπερ-ανάλυσης, μπορούμε να αποτύχουμε να προσδιορίσουμε εάν μία πρωτεΐνη συνδέεται με άλλο γιατί η απόσταση μεταξύ τους είναι μικρότερη από την αβεβαιότητα στις θέσεις τους».
Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, η ομάδα δημιούργησε έναν αυτοματοποιημένο βρόχο ανάδρασης μέσα στο μικροσκόπιο ενός μορίου που ανιχνεύει και ευθυγραμμίζει εκ νέου την οπτική διαδρομή και το στάδιο καθρέφτη.
"Δεν έχει σημασία τι κάνετε με αυτό το μικροσκόπιο, βασικά βρίσκει τη διαδρομή επιστροφής με ακρίβεια νανομέτρων. Είναι ένα έξυπνο μικροσκόπιο. Μπορεί να κάνει ό,τι χρειάζεται να κάνει ένας χειριστής ή μηχανικός σέρβις και μπορεί να το κάνει 12 φορές το δευτερόλεπτο. " είπε ο καθηγητής Γκος.
Μέτρηση της απόστασης μεταξύ των πρωτεϊνών
Με το σχεδιασμό και τη μεθοδολογία που περιγράφεται σε αυτό το έγγραφο, η ομάδα του UNSW έχει σχεδιάσει ένα σύστημα ανάδρασης που είναι συμβατό με τα υπάρχοντα μικροσκόπια και παρέχει μέγιστη ευελιξία για την προετοιμασία του δείγματος.
"Αυτή είναι μια πολύ απλή και κομψή λύση σε ένα σημαντικό πρόβλημα απεικόνισης. Μόλις φτιάξαμε ένα μικροσκόπιο μέσα σε ένα μικροσκόπιο και το μόνο που κάναμε ήταν να ευθυγραμμίσουμε το κύριο μικροσκόπιο. Η απλότητα και η πρακτικότητα της λύσης που βρήκαμε είναι η πραγματική της δύναμη. Είναι εύκολο να κλωνοποιήστε το σύστημα και υιοθετήστε γρήγορα νέες τεχνολογίες». είπε ο καθηγητής Γκος.
Για να αποδείξουν τη χρησιμότητα του εξαιρετικά ακριβούς μονομορίου μικροσκοπίου ανάδρασης, οι ερευνητές το χρησιμοποίησαν για να κάνουν άμεσες μετρήσεις απόστασης μεταξύ των πρωτεϊνών σηματοδότησης στα Τ κύτταρα. Μια κοινή υπόθεση στην κυτταρική ανοσολογία είναι ότι αυτά τα ανοσοκύτταρα παραμένουν σε ηρεμία όταν ο υποδοχέας των Τ-κυττάρων βρίσκεται κοντά σε ένα άλλο μόριο που λειτουργεί ως φρένο.
Το μικροσκόπιό τους υψηλής ακρίβειας μπόρεσε να δείξει ότι τα δύο μόρια σηματοδότησης στην πραγματικότητα διαχωρίστηκαν περαιτέρω το ένα από το άλλο σε ενεργοποιημένα Τ κύτταρα, απελευθερώνοντας το φρένο και ενεργοποιώντας τη σηματοδότηση των υποδοχέων Τ κυττάρων.
Ο καθηγητής Γκος είπε, "Οι συμβατικές τεχνικές μικροσκοπίας δεν θα ήταν σε θέση να μετρήσουν με ακρίβεια μια τόσο μικρή αλλαγή, επειδή η απόσταση μεταξύ αυτών των μορίων σηματοδότησης σε ήρεμα και ενεργοποιημένα Τ κύτταρα διαφέρει μόνο κατά 4-7 νανόμετρα."
"Αυτό δείχνει επίσης πόσο ευαίσθητοι είναι αυτοί οι μηχανισμοί σηματοδότησης στη χωρική απομόνωση. Για να εντοπίσουμε τέτοιες ρυθμιστικές διαδικασίες, πρέπει να πραγματοποιήσουμε ακριβείς μετρήσεις απόστασης, κάτι που επιτρέπει αυτό το μικροσκόπιο. Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η τεχνολογία βρίσκεται υπό ανακάλυψη και δεν μπορεί να κατασκευαστεί σε καμία άλλος τρόπος."
