Um microscópio ultrapreciso que supera as limitações da microscopia de super-resolução vencedora do Prêmio Nobel permitirá que os cientistas meçam diretamente as distâncias entre moléculas individuais.

Os pesquisadores médicos da UNSW alcançaram capacidades de resolução sem precedentes em microscopia de molécula única para detectar interações entre moléculas individuais dentro de células intactas.

O Prêmio Nobel de Química de 2014 foi concedido pelo desenvolvimento da tecnologia de microscopia de fluorescência de super-resolução que proporcionou aos microscopistas a primeira visão molecular dentro das células, uma capacidade que forneceu novas perspectivas moleculares em sistemas e processos biológicos complexos.

Agora, o limite de detecção de microscópios de molécula única foi quebrado novamente, e os detalhes estão publicados na edição atual da Avanços da Ciência .

Embora moléculas individuais possam ser observadas e rastreadas com microscopia de super-resolução, as interações entre essas moléculas ocorrem em uma escala pelo menos quatro vezes menor do que aquela resolvida pelos microscópios de uma única molécula existentes.

"A razão pela qual a precisão de localização dos microscópios de molécula única normalmente é de cerca de 20-30 nanômetros é porque o microscópio realmente se move enquanto detectamos o sinal. Isso leva a uma incerteza. Com os instrumentos de super-resolução existentes, não podemos dizer se uma proteína está ou não ligada a outra proteína porque a distância entre elas é menor do que a incerteza de suas posições, "diz a Professora Katharina Gaus da Scientia, líder da equipe de pesquisa e chefe do EMBL Australia Node in Single Molecule Science da UNSW Medicine.

Para contornar este problema, a equipe construiu loops de feedback autônomo dentro de um microscópio de uma única molécula que detecta e realinha o caminho óptico e o palco.

"Não importa o que você faça com este microscópio, ele basicamente encontra seu caminho de volta com precisão abaixo de um nanômetro. É um microscópio inteligente. Ele faz todas as coisas que um operador ou engenheiro de serviço precisa fazer, e faz isso 12 vezes por segundo, "diz o professor Gaus.

Medindo a distância entre as proteínas

Com o design e os métodos descritos no artigo, o sistema de feedback projetado pela equipe da UNSW é compatível com os microscópios existentes e oferece o máximo de flexibilidade para a preparação de amostras.

"É uma solução realmente simples e elegante para um grande problema de imagem. Acabamos de construir um microscópio dentro de um microscópio, e tudo o que faz é alinhar o microscópio principal. O fato de a solução que encontramos ser simples e prática é um ponto forte, pois permitiria a fácil clonagem do sistema, e rápida aceitação da nova tecnologia, "diz o professor Gaus.

Para demonstrar a utilidade de seu microscópio de molécula única com feedback ultrapreciso, os pesquisadores usaram para realizar medições diretas de distância entre proteínas de sinalização em células T. Uma hipótese popular em imunologia celular é que essas células imunes permanecem em um estado de repouso quando o receptor da célula T está próximo a outra molécula que atua como um freio.

Seu microscópio de alta precisão foi capaz de mostrar que essas duas moléculas de sinalização estão, de fato, ainda mais separadas uma da outra em células T ativadas, liberar o freio e ligar a sinalização do receptor de células T.

"As técnicas convencionais de microscopia não seriam capazes de medir com precisão uma mudança tão pequena, pois a distância entre essas moléculas de sinalização nas células T em repouso e nas células T ativadas diferia apenas em 4-7 nanômetros, "diz o professor Gaus.

"Isso também mostra como essas máquinas de sinalização são sensíveis à segregação espacial. Para identificar processos regulatórios como esses, precisamos realizar medições de distância precisas, e é isso que este microscópio permite. Esses resultados ilustram o potencial dessa tecnologia para descobertas que não poderiam ser feitas por nenhum outro meio. "

Pesquisador pós-doutorado, Dr. Simão Pereira Coelho, junto com Ph.D. estudante Jongho Baek - que desde então recebeu seu Ph.D. grau - liderou o design, desenvolvimento, e construção deste sistema. O Dr. Baek também recebeu o Dean's Award de Outstanding Ph.D. Tese para este trabalho.