p Usando métodos físico-químicos para olhar para a biologia em nanoescala, um pesquisador do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) inventou uma nova tecnologia para criar imagens de moléculas únicas com resolução espectral e espacial sem precedentes, levando assim ao primeiro microscópio de super-resolução "true-color". p Ke Xu, um cientista do corpo docente da Divisão de Ciências da Vida do Berkeley Lab, apelidou sua inovação SR-STORM, ou microscopia de reconstrução óptica estocástica espectralmente resolvida. Como SR-STORM fornece informações espectrais e espaciais completas para cada molécula, a tecnologia abre a porta para imagens de alta resolução de vários componentes e ambientes químicos locais, como variações de pH, dentro de uma célula.

p A pesquisa foi publicada no jornal Métodos da Natureza em um artigo intitulado, "Espectroscopia de molécula única de ultra-alto rendimento e microscopia de super-resolução resolvida espectralmente, "com os coautores Zhengyang Zhang, Samuel Kenny, Margaret Hauser, e Wan Li, toda a UC Berkeley. Xu também é professor assistente no Departamento de Química da UC Berkeley.

p "Medimos a posição e o espectro de cada molécula individual, traçando sua posição espacial super-resolvida em duas dimensões e colorindo cada molécula de acordo com sua posição espectral, então, nesse sentido, é microscopia de super-resolução true-color, que é o primeiro de seu tipo, "Xu disse." Este é um novo tipo de imagem, combinando medição espectral de molécula única com microscopia de super-resolução. "

p O que mais, SR-STORM é de alto rendimento, capaz de fornecer informações espaciais e espectrais para milhões de moléculas individuais em cerca de cinco minutos, em comparação com vários minutos para um único quadro de imagem compreendendo dezenas de moléculas usando técnicas convencionais baseadas em varredura.

p Xu desenvolveu o trabalho que fez como pesquisador de pós-doutorado em Harvard com Xiaowei Zhuang, quem inventou o STORM, um método de microscopia de super-resolução baseado em imagens de uma única molécula e foto-troca. Ao conceber um sistema de objetiva dupla com duas lentes de microscópio voltadas uma para a outra, Xu e seus colegas viram a frente e o verso da amostra ao mesmo tempo e alcançaram uma resolução óptica sem precedentes (de aproximadamente 10 nanômetros) de uma célula. Usando este método para neurônios de imagem, eles mostraram que actina, um componente chave do citoesqueleto (espinha dorsal da célula), tem uma estrutura diferente nos axônios do que nos dendritos, duas partes de um neurônio.

p Mas as técnicas atuais de microscopia de super-resolução não fornecem informações espectrais, que é útil para os cientistas entenderem o comportamento de moléculas individuais, bem como para permitir imagens multicoloridas de alta qualidade de vários alvos.

p "Então, construímos um sistema de dupla objetiva, mas dispersamos a imagem de uma única molécula coletada por uma lente objetiva no espectro, enquanto mantemos a outra imagem para localização de uma única molécula, "Xu disse." Agora estamos simultaneamente acumulando o espectro das moléculas individuais e também sua posição, então resolvemos o enigma. "

p Em seguida, eles tingiram a amostra com 14 corantes diferentes em uma janela de emissão estreita e excitaram e mudaram as moléculas com um laser. Embora os espectros dos 14 corantes estejam fortemente sobrepostos, uma vez que estão próximos na emissão, eles descobriram que os espectros das moléculas individuais eram surpreendentemente diferentes e, portanto, prontamente identificáveis. "Isso é útil porque significa que tínhamos uma maneira de fazer imagens multicoloridas dentro de uma janela de emissão muito estreita, "Xu disse.

p De fato, usando quatro corantes para marcar quatro estruturas subcelulares diferentes, como mitocôndrias e microtúbulos, eles foram capazes de distinguir facilmente moléculas de diferentes corantes com base apenas em sua média espectral, e cada estrutura subcelular era de uma cor distinta.

p "Assim, usando este método, podemos observar as interações entre quatro componentes biológicos dentro de uma célula em três dimensões e em resolução muito alta de cerca de 10 nanômetros, "Xu disse." As aplicações são principalmente em pesquisa fundamental e biologia celular neste momento, mas espero que leve a aplicações médicas. Isso nos dá novas oportunidades de olhar para as estruturas celulares, como eles são construídos, e se há alguma degradação dessas estruturas nas doenças. "

p Muitas doenças são causadas por um patógeno invasor ou degradação da estrutura interna de uma célula. Alzheimer, por exemplo, pode estar relacionado à degradação do citoesqueleto dentro dos neurônios. "O sistema do citoesqueleto é composto por uma série de estruturas subcelulares e proteínas que interagem, e nossa técnica permitirá a pesquisa sobre as interações entre esses diferentes alvos com um número sem precedentes de canais de cores e resolução espacial, " ele disse.

p Próximo, Xu está tentando refinar o método usando um sistema de objetivo único, e fazê-lo funcionar com sistemas convencionais de microscópio, tornando-o mais amplamente acessível. Ele também está tentando desenvolver tintas e sondas adequadas para monitorar o ambiente local, como o pH, em células vivas em escala nanométrica.