Nuovi metodi di microscopia a espansione amplificano l'impatto della ricerca

Viste senza precedenti dell'interno delle cellule e di altre strutture su scala nanometrica sono ora possibili grazie alle innovazioni nella microscopia ad espansione. I progressi potrebbero aiutare a fornire informazioni future sulle neuroscienze, sulla patologia e su molti altri campi biologici e medici.

Nel giornale"Magnify è una strategia di ancoraggio molecolare universale per la microscopia ad espansione", pubblicato sulla rivista Nature Biotechnology, i collaboratori della Carnegie Mellon University, dell'Università di Pittsburgh e della Brown University descrivono nuovi protocolli per Magnify soprannominati.

"Magnify può essere uno strumento potente e accessibile per la comunità biotecnologica", ha affermato Yongxin (Leon) Zhao, professore associato di scienze biologiche per lo sviluppo della carriera della famiglia Eberly.

Il laboratorio di biofotonica di Zhao è leader nel campo dell'abilitazione dell'imaging a super risoluzione di campioni biologici attraverso l'espansione fisica dei campioni in un processo noto come microscopia ad espansione. Attraverso il processo, i campioni vengono incorporati in un idrogel rigonfiabile che si espande in modo omogeneo per aumentare la distanza tra le molecole consentendo loro di essere osservati con maggiore risoluzione. Ciò consente di vedere strutture biologiche su scala nanometrica che in precedenza potevano essere visualizzate solo utilizzando costose tecniche di imaging ad alta risoluzione con strumenti di microscopia standard.

Magnify è una variante della microscopia ad espansione che consente ai ricercatori di utilizzare una nuova formula di idrogel, inventata dal team di Zhao, che conserva uno spettro di biomolecole, offre un'applicazione più ampia a una varietà di tessuti e aumenta il tasso di espansione fino a 11 volte in modo lineare o lineare. ~1.300 pieghe del volume originale.

"Abbiamo superato alcune delle sfide di lunga data della microscopia ad espansione", ha affermato Zhao. "Uno dei principali punti di forza di Magnify è la strategia universale per mantenere le biomolecole del tessuto, comprese proteine, acidi nucleici e carboidrati, all'interno del campione espanso."

Zhao ha affermato che mantenere intatti i diversi componenti biologici è importante perché i protocolli precedenti richiedevano l’eliminazione di molte biomolecole diverse che tenevano insieme i tessuti. Ma queste molecole potrebbero contenere informazioni preziose per i ricercatori.

"In passato, per rendere le cellule davvero espandibili, era necessario utilizzare enzimi per digerire le proteine, quindi alla fine si aveva un gel vuoto con etichette che indicavano la posizione della proteina di interesse", ha detto. Con il nuovo metodo, le molecole vengono mantenute intatte e più tipi di biomolecole possono essere etichettate in un unico campione.

"Prima, era come avere domande a scelta singola. Se vuoi etichettare le proteine, questo sarebbe il protocollo della versione uno. Se vuoi etichettare i nuclei, allora quella sarebbe una versione diversa", ha detto Zhao. "Se volevi eseguire l'imaging simultaneo, era difficile. Ora con Magnify puoi scegliere più elementi da etichettare, come proteine, lipidi e carboidrati, e visualizzarli insieme."

I ricercatori di laboratorio Aleksandra Klimas, ricercatrice post-dottorato e Brendan Gallagher, uno studente di dottorato, sono stati i primi coautori dell'articolo.

"Questo è un modo accessibile per ottenere immagini di campioni in alta risoluzione", ha affermato Klimas. "Tradizionalmente, sono necessarie attrezzature costose, reagenti e formazione specifici. Tuttavia, questo metodo è ampiamente applicabile a molti tipi di preparazioni di campioni e può essere visualizzato con i microscopi standard di un laboratorio di biologia."

Gallagher, che ha un background in neuroscienze, ha affermato che il loro obiettivo era quello di rendere i protocolli il più compatibili possibile per i ricercatori che potrebbero trarre vantaggio dall'adozione di Magnify come parte dei loro kit di strumenti.

"Uno dei concetti chiave che abbiamo cercato di tenere a mente è stato quello di incontrare i ricercatori dove si trovano e far loro cambiare il minor numero possibile di cose nei loro protocolli", ha detto Gallagher. "Funziona con diversi tipi di tessuto, metodi di fissazione e persino tessuti che sono stati preservati e archiviati. È molto flessibile, nel senso che non è necessario riprogettare completamente gli esperimenti pensando a Ingrandisci; funzionerà con ciò che hai già ."