Uma equipe de pesquisa da Northwestern University desenvolveu um novo método para conduzir nanoscopia espectroscópica, uma abordagem que poderia ajudar os pesquisadores a entender interações biomoleculares mais complicadas e caracterizar células e doenças no nível de uma única molécula.

O novo sistema, chamado microscopia de localização espectroscópica de molécula única assimetricamente dispersa (SDsSMLM), baseia-se nas técnicas de sSMLM existentes desenvolvidas na McCormick School of Engineering para fornecer uma análise espectroscópica de molécula única mais precisa para estudar como as células por trás de certos cânceres, ou doenças como retinopatia diabética, funcionar em seus ambientes localizados.

Enquanto as técnicas atuais de microscopia de localização espectroscópica de molécula única alcançam imagens de super-resolução e espectroscopia de molécula única simultaneamente, os projetos atuais de sSMLM sofrem de resolução de imagem reduzida e precisão espectral. Isso é causado pelo sistema que divide um número finito de fótons emitidos - partículas atômicas que transmitem luz eletromagnética - entre dois canais separados para imagens espaciais e espectrais.

"Não devemos ficar satisfeitos em saber apenas onde uma molécula em particular está ou onde muitas moléculas estão, sem diferenciar suas propriedades, "disse Hao Zhang, professor de engenharia biomédica, quem liderou a pesquisa. "Nossa abordagem nos permite usar totalmente todos os fótons de cada emissão para imagens espaciais e análises espectrais. Como resultado, melhoramos significativamente a resolução de imagem espacial e a precisão espectral em comparação com as técnicas de sSMLM existentes. "

Um artigo que descreve o trabalho, intitulado "Microscopia de localização espectroscópica de molécula única simetricamente dispersa, "foi publicado em 25 de maio na revista Luz:Ciência e Aplicações . Cheng Sun, professor de engenharia mecânica, foi co-autor do jornal.

Ao contrário das abordagens sSMLM existentes, que costumam usar uma proporção de 1:3 para dividir fotos entre os canais espaciais e espectrais, SDsSMLM compromete todas as fotos disponíveis para criar duas imagens espectrais espelhadas. Esta abordagem extrai informações espectrais na resolução mais alta possível. Além disso, porque as imagens são simétricas, os pesquisadores ainda podem identificar informações espaciais, identificando o ponto médio entre as duas imagens espectrais.

Quando comparado a um sSMLM existente usando o mesmo número de fotos, os pesquisadores descobriram que o SDsSMLM melhorou a precisão espacial em 42% e a precisão espectral em 10%.

"Percebemos que a informação espacial é totalmente esquecida na imagem espectral nas técnicas de sSMLM existentes, "Zhang disse." Esta abordagem nos permite aplicar todos os fótons disponíveis para análise espectral para empurrar o limite de resolução enquanto também obtemos imagens espaciais. "

Quando usado junto com técnicas de imagem espectroscópica de molécula única, SDsSMLM pode ser adaptado para imagem celular 3-D, uma ferramenta essencial na biologia celular e ciência dos materiais que permite aos pesquisadores rastrear como as células interagem em seus ambientes.

"Esta técnica é válida para todas as moléculas, independentemente de seus espectros de emissão e variações espectrais de minuto, mesmo entre as mesmas espécies de moléculas, "Zhang disse." Com resolução espacial aprimorada e precisão espectral, O sSMLM encontrará aplicações mais amplas em imagens de múltiplas moléculas em células e rastreamento tridimensional para nanopartículas individuais em investigações biológicas e químicas. "

Além dos recursos avançados de imagem do sistema, A natureza compacta do SDsSMLM permite fácil integração e operação confiável com sistemas convencionais de microscópio de fluorescência. Combinado com um plug-in de código aberto que os pesquisadores desenvolveram chamado RainbowSTORM, Zhang espera que outros membros da comunidade de pesquisa biológica incorporem essa técnica avançada em seu próprio trabalho.

"Nosso projeto é autônomo e pode ser instalado na maioria dos sistemas de microscópio, "Disse Zhang." Esperamos que outros pesquisadores tirem proveito do que criamos. "