Probijanje barijere u mikroskopiji superrezolucije

Istraživači s MIT-a razvili su revolucionarnu platformu za snimanje superrezolucije pod nazivom U-STORM (Upconversion enabled Stochastic Optical Reconstruction Microscopy), mikroskopiji s omogućenom stohastičkom optičkom rekonstrukcijom s konverzijom.

Za razliku od konvencionalnog višebojnog snimanja superrezolucije, koje zahtijeva više skupih lasera i precizno optičko poravnanje, U-STORM može raditi s samo jednim laserom bliskog infracrvenog područja. To rezultira drastičnim smanjenjem složenosti eksperimenta.

Istraživači u laboratoriju Sama Penga, docenta kemije na MIT-u, razvili su revolucionarnu tehnologiju snimanja superrezolucije koja znanstvenicima omogućuje vizualizaciju molekularnih struktura s preciznošću lokalizacije na razini 'subangstroma', tri reda veličine izvan nanometarskih granica standardnih fluorescentnih boja, uz drastično pojednostavljenje procesa snimanja.

Za razliku od tradicionalnih boja koje brzo blijede pod osvjetljenjem i ograničavaju prikupljanje podataka, platforma, nazvana U-STORM (Upconversion enabled Stochastic Optical Reconstruction Microscopy - Mikroskopija s omogućenom stohastičkom optičkom rekonstrukcijom), koristi novu klasu kompozicijski konstruiranih nanočestica koje pretvaraju signal u više boja (UCNP) i koje spontano i neograničeno trepere.

„Naš laboratorij je dugo bio zainteresiran za prevladavanje tih ograničenja“, kaže Peng. „Naš rad je započeo pitanjem: Možemo li razviti platformu za snimanje super-rezolucije koja je istovremeno dugoročna, višebojna, jednostavna za korištenje i sposobna postići izuzetno visoku preciznost lokalizacije bez korištenja međuspremnika za snimanje ili dodatne optičke kontrole?“

Pažljivom kontrolom sastava nanočestica, tim MIT-a i Broad Instituta otkrio je da se ove male (~10 nm) čestice s jezgrom i ljuskom mogu spontano treptati pod kontinuiranom pobudom u bliskom infracrvenom području. Zanimljivo je da se ovo treptanje nastavlja neograničeno bez potrebe za složenim slikovnim puferima, hvatačima kisika ili vanjskom optičkom modulacijom.

Angstrom je sićušna mjerna jedinica koju kemičari koriste za mjerenje veličine i udaljenosti na atomskoj razini. Sposobnost U-STORM-a da neograničeno treperi pružila je istraživačima priliku da prikupe preko 88.000 događaja lokalizacije s iste čestice, izoštravajući preciznost lokalizacije na neviđenih 0,6 Å.

Za razliku od konvencionalnog višebojnog snimanja superrezolucijom, koje zahtijeva više skupih lasera i precizno optičko poravnanje, U-STORM može raditi s samo jednim laserom bliskog infracrvenog područja, koji istovremeno pobuđuje nanočestice koje emitiraju različite boje. To rezultira drastičnim smanjenjem složenosti eksperimenta.

Kako bi se dobile slike s više boja, umjesto sekvencijalnog snimanja slika u više krugova, U-STORM istovremeno snima više boja. Istraživači su to uspješno demonstrirali mapiranjem dimera i multimera receptora epidermalnog faktora rasta u biološkim uzorcima pod fiziološkim uvjetima bez ikakvih specijaliziranih pufera za snimanje.

Osim širenja granica mikroskopije, ovo istraživanje uspostavlja potpuno novi princip dizajna za lantanoidne nanomaterijale. Tim već radi na proširenju palete boja, smanjenju čestica i njihovom svjetlijem rastu te primjeni U-STORM-a za istraživanje složenih nanoskalnih organizacija proteina i staničnih signalnih putova.

U konačnici, U-STORM obećava laboratorijima diljem svijeta pružiti pristupačan, jednostavan za implementaciju, ali nevjerojatno snažan put prema visokopreciznom molekularnom snimanju.

Opis studije otvorenog pristupa objavljen je u časopisu Nature Nanotechnology.