Un nuevo método de microscopía logra una precisión de localización a escala de angstrom con un solo láser

Un avance innovador en la microscopía de super-resolución ha sido logrado por investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y el Instituto Broad del MIT y Harvard. Una nueva técnica conocida como U-STORM permite a los científicos lograr una precisión de localización a escala de angstrom utilizando un solo láser, marcando un gran salto adelante en el campo de la imagen molecular. La innovación, desarrollada en el laboratorio de Sam Peng, Pfizer Inc, Gerald Laubach, profesor asistente de desarrollo de carrera de química en el MIT, introduce un enfoque novedoso para la imagen de super-resolución.

Este método utiliza una clase única de nanopartículas upconverting (UCNPs) que exhiben parpadeo espontáneo e indefinido bajo excitación continua de infrarrojo cercano. A diferencia de los tintes fluorescentes tradicionales, que se degradan rápidamente y limitan la adquisición de datos, estas nanopartículas de ingeniería ofrecen una mayor estabilidad y longevidad. La técnica, descrita en un documento de acceso abierto publicado el 27 de julio en Nature Nanotechnology, presenta una solución transformadora para imágenes biológicas de alta precisión.

Durante años, la comunidad científica creyó que las nanopartículas de conversión ascendente eran intrínsecamente fotostables y no parpadeaban, lo que las hacía inadecuadas para técnicas de superresolución basadas en la localización como STORM. Estos métodos dependen del cambio aleatorio de emisores de luz para diferenciar moléculas estrechamente espaciadas. Sin embargo, el equipo del MIT y el Broad Institute desafió esta suposición al explorar cómo la composición de las nanopartículas podría influir en sus propiedades ópticas. A través de una manipulación cuidadosa de la composición de las nanopartículas, los investigadores descubrieron que las partículas pequeñas de ~10 nm de la cáscara central podrían ser inducidas a parpadear continuamente bajo excitación en el infrarrojo cercano.

Este parpadeo persiste indefinidamente sin requerir búferes de imagen complejos, captadores de oxígeno o controles ópticos externos. Este descubrimiento anuló una creencia de larga data y abrió nuevas posibilidades para aplicaciones de imagen avanzadas. Una de las ventajas clave de U-STORM radica en su simplicidad y eficiencia. Las imágenes de superresolución multicolor tradicionales generalmente requieren múltiples láseres y configuraciones ópticas intrincadas. En contraste, U-STORM opera con un solo láser de infrarrojo cercano, que excita simultáneamente nanopartículas que emiten diferentes colores. Esta simplificación reduce significativamente la complejidad experimental mientras mantiene capacidades de alta resolución.

La capacidad de la técnica para capturar múltiples colores simultáneamente ha permitido a los investigadores mapear estructuras biológicas como los receptores de factor de crecimiento epidérmico en células vivas en condiciones fisiológicas normales. Estos experimentos se llevaron a cabo sin la necesidad de búferes de imágenes especializados, lo que demuestra la practicidad y la robustez del método. Las implicaciones de esta investigación van mucho más allá de la microscopía. Al establecer un nuevo principio de diseño para los nanomateriales de lantánidos, el trabajo abre caminos para futuros avances en la nanotecnología.

El equipo está trabajando actualmente para mejorar el rango de color de las nanopartículas, aumentar su brillo y reducir su tamaño. Además, tienen como objetivo aplicar U-STORM para estudiar complejos arreglos de proteínas a nanoescala y vías de señalización celular, lo que potencialmente conduce a una visión más profunda de los procesos biológicos a nivel molecular. A medida que avanza la investigación, crece el potencial de adopción generalizada de U-STORM en laboratorios de todo el mundo. Su accesibilidad, facilidad de implementación y alta precisión lo posicionan como una herramienta valiosa para avanzar en la comprensión científica a escala atómica.

Con el refinamiento continuo, U-STORM podría revolucionar la forma en que los investigadores exploran los intrincados mecanismos subyacentes a la vida en los niveles más pequeños.