Os pesquisadores biomédicos estão entendendo as funções das moléculas dentro das células do corpo com cada vez mais detalhes, aumentando a resolução de seus microscópios. Contudo, o que está ficando para trás é sua capacidade de visualizar simultaneamente as muitas moléculas diferentes que medeiam processos moleculares complexos em um único instantâneo.

Agora, uma equipe do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia de Harvard, o LMU Munique, e o Instituto Max Planck de Bioquímica na Alemanha, projetou metafluoróforos altamente versáteis integrando pequenas sondas fluorescentes comumente usadas em estruturas de DNA auto-dobráveis, onde suas cores e brilho podem ser programados digitalmente. Esta abordagem nanotecnológica oferece uma paleta de 124 cores virtuais para imagens microscópicas ou outros métodos analíticos que podem ser adaptados no futuro para visualizar múltiplos atores moleculares ao mesmo tempo com ultra-alta definição. O método é relatado em Avanços da Ciência .

Com seu novo método, os pesquisadores abordam o problema de que, até agora, apenas um número limitado de espécies moleculares pode ser visualizado simultaneamente com microscopia de fluorescência em uma amostra biológica ou clínica. Ao introduzir nanoestruturas fluorescentes de DNA chamadas metafluoróforos - corantes fluorescentes versáteis cujas cores são determinadas pela forma como seus componentes individuais são organizados em estruturas tridimensionais - eles superam esse gargalo.

"Usamos nanoestruturas de DNA como painéis moleculares:funcionalizando fitas de componentes específicos em posições definidas da nanoestrutura de DNA com um dos três diferentes corantes fluorescentes, alcançamos um amplo espectro de até 124 sinais fluorescentes com composições de cores e intensidades exclusivas, "disse Yin, que é membro do corpo docente do Wyss Institute e professor de Biologia de Sistemas na Harvard Medical School. "Nosso estudo fornece uma estrutura que permite aos pesquisadores construir uma grande coleção de metafluoróforos com propriedades ópticas digitalmente programáveis ​​que eles podem usar para visualizar vários alvos nas amostras nas quais estão interessados."

A abordagem baseada na nanoestrutura de DNA pode ser usada como um sistema de código de barras para traçar o perfil visual da presença de muitas sequências específicas de DNA ou RNA em amostras no que é chamado de multiplexação.

Para permitir a visualização de múltiplas estruturas moleculares em amostras de tecido, cuja espessura pode limitar o movimento de nanoestruturas de DNA maiores e dificultar a localização de seus alvos, e para reduzir a possibilidade de que eles se liguem a alvos não específicos produzindo falsos sinais de fluorescência, a equipe executou etapas adicionais de engenharia.

"Desenvolvemos uma versão acionada do nosso metafluoróforo que se auto-monta dinamicamente a partir de pequenos fios de componentes que assumem a forma prescrita apenas quando se ligam ao alvo, "disse Ralf Jungmann, Ph.D., que é docente da LMU Munique e do Instituto Max Planck de Bioquímica e co-conduziu o estudo junto com Yin. "Esses metafluoróforos montados in situ não podem apenas ser introduzidos em amostras complexas com possibilidades combinatórias semelhantes às pré-fabricadas para visualizar o DNA, mas eles também podem ser aproveitados para marcar anticorpos como reagentes de detecção amplamente usados ​​para proteínas e outras biomoléculas. "

"Este novo tipo de programável, A nanotecnologia de DNA de aprimoramento da microscopia revela como o trabalho na Iniciativa de Robótica Molecular do Wyss Institute pode inventar novas maneiras de resolver problemas de longa data em biologia e medicina. Esses metafluoróforos que podem ser programados para se automontar quando ligam seu alvo, e que definiram leituras de códigos de barras fluorescentes, representam uma nova forma de dispositivos em nanoescala que podem ajudar a revelar complexos, multi componente, interações biológicas que sabemos que existem, mas não temos como estudar hoje, "disse o Diretor Fundador da Wyss, Donald Ingber, M.D., Ph.D., que também é o professor Judah Folkman de Biologia Vascular na Harvard Medical School e do Programa de Biologia Vascular no Hospital Infantil de Boston, e Professor de Bioengenharia na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson.