Uma equipe de pesquisa da Carnegie Mellon University e Columbia combinou duas tecnologias de imagem emergentes para visualizar melhor uma ampla gama de biomoléculas, incluindo proteínas, lipídios e DNA, em nanoescala. Sua técnica, que reúne microscopia de expansão e microscopia de espalhamento Raman estimulada, é detalhada em Ciências Avançadas .
As biomoléculas são tradicionalmente fotografadas usando microscopia fluorescente, mas essa técnica tem suas limitações. A microscopia fluorescente baseia-se em etiquetas portadoras de fluoróforo para se ligar e rotular moléculas de interesse. Essas etiquetas emitem luz fluorescente com uma ampla faixa de comprimentos de onda; assim, os pesquisadores só podem usar 3-4 cores fluorescentes no espectro visível de cada vez para rotular as moléculas de interesse.

Ao contrário da microscopia fluorescente, a microscopia de espalhamento Raman estimulada (SRS) visualiza as ligações químicas das biomoléculas capturando suas impressões digitais vibracionais. Nesse sentido, o SRS não precisa de rótulos para ver os diferentes tipos de biomoléculas, ou mesmo diferentes isótopos, dentro de uma amostra. Além disso, um arco-íris de corantes com espectros vibracionais exclusivos pode ser usado para criar imagens de vários alvos. No entanto, o SRS tem um limite de difração de cerca de 300 nanômetros, tornando-o incapaz de visualizar muitas das estruturas em nanoescala cruciais encontradas em células e tecidos.

"Cada tipo de molécula tem sua própria impressão digital vibracional. O SRS nos permite ver o tipo de molécula que queremos sintonizando a frequência característica de suas vibrações. Algo como alternar entre as estações de rádio", disse Carnegie Mellon Eberly Family Professor Associado de Ciências Biológicas Yongxin (Leon) Zhao.

O laboratório de Zhao vem desenvolvendo novas ferramentas de imagem baseadas em microscopia de expansão – uma técnica que aborda o problema dos limites de difração em uma ampla gama de imagens biológicas. A microscopia de expansão pega amostras biológicas e as transforma em hidrogéis solúveis em água. Os hidrogéis podem então ser tratados e expandidos para mais de 100 vezes seu volume original. As amostras expandidas podem então ser fotografadas usando técnicas padrão.

"Assim como o SRS foi capaz de superar as limitações da microscopia de fluorescência, a microscopia de expansão supera as limitações do SRS", disse Zhao.

Os pesquisadores da Carnegie Mellon e Columbia combinaram SRS e microscopia de expansão para criar imagens em nanoescala de fluorescência habilitadas por gel ancorado molecular e microscopia de dispersão Raman estimulada (MAGNIFIERS). A técnica de microscopia de expansão de Zhao foi capaz de expandir amostras em até 7,2 vezes, permitindo que eles usassem SRS para criar imagens de moléculas e estruturas menores do que seriam capazes de fazer sem expansão.

No estudo publicado recentemente, a equipe de pesquisa mostrou que MAGNIFIERS poderia ser usado para imagens metabólicas de alta resolução de agregados de proteínas, como aquelas criadas em condições como a doença de Huntington. Eles também mostraram que MAGNIFIERS podem mapear a localização em nanoescala de oito marcadores diferentes no tecido cerebral ao mesmo tempo.

Os pesquisadores planejam continuar a desenvolver a técnica MAGNIFIERS para obter imagens de maior resolução e maior rendimento para entender a patologia de doenças complexas, como câncer e distúrbios cerebrais.

Outros co-autores do estudo incluem:Alexsandra Klimas, Brendan Gallagher, Zhangu Cheng, Feifei Fu, Piyumi Wijesekara e Xi Ren da Carnegie Mellon; e Yupeng Miao, Lixue Shi e Wei Min da Columbia. + Explorar mais

A microscopia vibracional ganha super-resolução