Prin înlocuirea moleculelor fluorescente dintr-un proces de imagistică existent cu unele care împrăştie lumina, cercetătorii au obţinut un nou nivel de detaliu în interiorul celulelor vii din organismul uman.
Modificarea inovatoare va permite oamenilor de ştiinţă să observe direct comportamentul molecular pe o perioadă mult mai lungă de timp, deschizând calea către procese biologice esenţiale, cum ar fi diviziunea celulară.
„Celula vie este un loc foarte aglomerat, cu proteine care se agită ici şi colo", spune inginerul biomedical Guangjie Cui, de la universitatea din Michigan.
„Super-rezoluţia pe care am reuşit-o este foarte potrivită pentru vizualizarea acestor activităţi dinamice", explică el.
Super-rezoluţia este un proces de observare a structurilor biologice incredibil de mici. Acesta utilizează o serie de instantanee realizate din constelaţii de molecule fluorescente care evidenţiază zone selectate din ţesutul vizat, eliminând efectul înceţoşat al unui fascicul de lumină difractat.
Cercetătorii care au dezvoltat tehnologia de super-rezoluţie au primit premiul Nobel în 2014.
Oricât de revoluţionar ar fi fost procesul, capacitatea moleculelor fluorescente de a absorbi şi apoi de a refracta înapoi lungimea de undă de lumină necesară se epuizează în câteva zeci de secunde, ceea ce exclude cartografierea proceselor de durată mai lungă.
Astfel, Cui şi colegii săi au dezvoltat un sistem care să detecteze lumina care se împrăştie de pe nanobare de aur distribuite aleatoriu, un proces care nu se deteriorează la expunerea repetată la lumină.
Chiar dacă markerii de aur sunt mai mari decât structurile ţintă, imaginarea mai multor subseturi de bare cu unghiuri diferite şi combinarea imaginilor oferă aceeaşi rezoluţie foarte detaliată.
Sistemul rezultat permite un număr impresionant de 250 de ore de observaţii continue la o rezoluţie de doar 100 de atomi.
Echipa a examinat apoi întregul proces de diviziune celulară cu noua nanoscopie PINE, dezvăluind un comportament nemaiîntâlnit până acum al moleculelor de actină, până la nivelul individual al moleculelor.
Actina, componenta principală a citoscheletului celular, oferă celulelor suport structural şi ajută la facilitarea mişcării în interiorul celulei.
Astfel, aceste molecule în formă de filament ramificat joacă un rol masiv în divizarea unei celule înainte de a o separa în două celule fiice.
Fiecare copie a acestor celule moşteneşte aceleaşi părţi interioare, de la proteine la ADN, dar modul exact în care se întâmplă acest lucru a fost mult timp un mister din cauza limitărilor tehnologiei vizuale.
Observând 904 filamente de actină în timpul procesului de diviziune celulară, Cui şi echipa sa au putut vedea cum se comportă moleculele individuale unele cu altele.
Ei au descoperit că, atunci când moleculele de actină sunt mai puţin legate între ele, acestea se vor extinde în căutarea mai multor legături.
Pe măsură ce fiecare actină ajunge la vecinele sale, aceasta atrage alte molecule de actină aproape, mărindu-şi şi mai mult reţeaua.
Cercetătorii au văzut cum aceste mişcări la scară mică s-au transpus într-o imagine celulară la scară mai mare.
În mod neaşteptat, atunci când actina se extinde, celula în ansamblu se contractă, şi se extinde atunci când actina se contractă. Acest lucru pare contradictoriu, astfel încât cercetătorii sunt dornici să exploreze cum se produce această mişcare opusă.
„Intenţionăm să folosim metoda noastră pentru a studia modul în care alte blocuri moleculare se organizează în ţesuturi şi organe", spune Somin Lee, inginer biomedical de la universitatea din Michigan.
Potrivit acestuia, tehnica ar putea ajuta potenţial cercetătorii să vizualizeze şi să înţeleagă mai bine modul în care defectele moleculare din ţesuturi şi organe se pot transforma în boli.
Un articol care detaliază această cercetare a fost publicată în Nature Communications.
(Foto articol: Imaginea unei celule înainte şi după aplicarea noii tehnici de imagistică. Credit: Cui et al., Nature Communications, 2023).
