Un nuovo metodo di microscopia raggiunge una precisione di localizzazione su scala angstrom con un solo laser

Un nuovo metodo noto come U-STORM consente agli scienziati di ottenere una precisione di localizzazione in scala angstrom utilizzando un singolo laser, segnando un grande salto in avanti nel campo dell'imaging molecolare.

Questo metodo utilizza una classe unica di nanoparticelle upconverting (UCNP) che presentano un lampeggiamento spontaneo e indefinito sotto eccitazione continua nel vicino infrarosso. A differenza dei tradizionali coloranti fluorescenti, che si degradano rapidamente e limitano l'acquisizione dei dati, queste nanoparticelle ingegnerizzate offrono maggiore stabilità e longevità. La tecnica, descritta in un documento di accesso aperto pubblicato il 27 luglio su Nature Nanotechnology, presenta una soluzione trasformativa per l'imaging biologico ad alta precisione.

Per anni, la comunità scientifica ha creduto che le nanoparticelle upconverting fossero intrinsecamente fotostabili e non lampeggiassero, rendendole inadatte per le tecniche di super-risoluzione basate sulla localizzazione come STORM. Questi metodi dipendono dalla commutazione casuale degli emettitori di luce per differenziare le molecole a distanza ravvicinata. Tuttavia, il team del MIT e del Broad Institute ha sfidato questo presupposto esplorando come la composizione delle nanoparticelle potrebbe influenzare le loro proprietà ottiche. Attraverso un'attenta manipolazione della composizione delle nanoparticelle, i ricercatori hanno scoperto che piccole particelle di nucleo di ~10 nm potrebbero essere indotte a lampeggiare continuamente sotto eccitazione nel vicino infrarosso.

Questo lampeggiamento persiste indefinitamente senza richiedere buffer di imaging complessi, scavenger di ossigeno o controlli ottici esterni. Questa scoperta ha ribaltato una convinzione di lunga data e ha aperto nuove possibilità per applicazioni di imaging avanzate. Uno dei vantaggi chiave di U-STORM risiede nella sua semplicità ed efficienza. L'imaging multicolore super-risoluzione tradizionale richiede in genere più laser e impostazioni ottiche complesse. Al contrario, U-STORM opera con un singolo laser vicino all'infrarosso, che eccita simultaneamente nanoparticelle che emettono diversi colori. Questa semplificazione riduce significativamente la complessità sperimentale pur mantenendo capacità ad alta risoluzione.

La capacità della tecnica di catturare contemporaneamente più colori ha permesso ai ricercatori di mappare strutture biologiche come i dimeri e i multimeri del recettore del fattore di crescita epidermico nelle cellule viventi in condizioni fisiologiche normali. Questi esperimenti sono stati condotti senza la necessità di buffer di imaging specializzati, dimostrando la praticità e la robustezza del metodo. Le implicazioni di questa ricerca vanno ben oltre la microscopia. Stabilendo un nuovo principio di progettazione per i nanomateriali lantanuro, il lavoro apre strade per ulteriori progressi nella nanotecnologia.

Il team sta attualmente lavorando per migliorare la gamma di colori delle nanoparticelle, aumentare la loro luminosità e ridurre le loro dimensioni. Inoltre, mirano ad applicare U-STORM per studiare complessi arrangiamenti proteici su scala nanometrica e percorsi di segnalazione cellulare, portando potenzialmente a approfondimenti sui processi biologici a livello molecolare. Man mano che la ricerca progredisce, il potenziale per l'adozione diffusa di U-STORM nei laboratori di tutto il mondo cresce. La sua accessibilità, facilità di implementazione e alta precisione lo posizionano come uno strumento prezioso per far progredire la comprensione scientifica a scala atomica.

Con il continuo perfezionamento, U-STORM potrebbe rivoluzionare il modo in cui i ricercatori esplorano i complessi meccanismi alla base della vita ai livelli più piccoli.