מיקרוסקופיה: התגברות על מגבלת הרזולוציה המסורתית למעקב מהיר אחר מולקולות

פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


חוקרים ב-LMU פיתחו שיטה חדשנית למעקב בו-זמנית אחר תהליכים דינמיים מהירים של מולקולות מרובות בקנה מידה מולקולרי.

פרסומת

תהליכים בתוך גופנו מאופיינים במשחק הגומלין של ביו-מולקולות שונות כגון חלבונים ו-DNA. תהליכים אלה מתרחשים בקנה מידה לעתים קרובות בטווח של ננומטרים בודדים בלבד. כתוצאה מכך, לא ניתן לצפות בהם במיקרוסקופ פלואורסצנטי, שיש לה מגבלת רזולוציה של כ-200 ננומטר עקב עקיפה. כאשר שני צבעים המסמנים מיקומים של ביומולקולות קרובים יותר מהגבול האופטי הזה, לא ניתן להבחין בין הקרינה שלהם במיקרוסקופ. כאשר הקרינה הזו משמשת ללוקליזציה שלהם, קביעה מדויקת של מיקומם הופכת לבלתי אפשרית.

מגבלת רזולוציה זו התגברה באופן מסורתי בשיטות מיקרוסקופיה ברזולוציה סופר-על על ידי הפיכת הצבעים למצמץ והדלקה וכיבוי הקרינה שלהם. זה מפריד באופן זמני את הקרינה שלהם, מה שהופך אותה לניתנת להבחנה ומאפשר לוקליזציות מתחת לגבול הרזולוציה הקלאסית. עם זאת, עבור יישומים הכרוכים בחקר תהליכים דינמיים מהירים, לטריק הזה יש חיסרון משמעותי: מצמוץ מונע לוקליזציה בו-זמנית של צבעים מרובים. זה מקטין באופן משמעותי את הרזולוציה הזמנית בעת חקירת תהליכים דינמיים הכוללים ביומולקולות מרובות.

תחת הנהגתו של כימאי LMU פרופסור פיליפ טינפלד ובשיתוף פרופסור פרננדו סטפני (בואנוס איירס), חוקרים ב-LMU פיתחו כעת ריבוי pMINFLUX, גישה אלגנטית לטיפול בבעיה זו. הצוות פרסם לאחרונה מאמר על השיטה שלהם בכתב העת Nature Photonics. MINFLUX היא שיטת מיקרוסקופיה ברזולוציה על, המאפשרת לוקליזציות בדיוק של ננומטר אחד בלבד. בניגוד ל-MINFLUX הרגיל, pMINFLUX רושם את הפרש הזמן בין עירור של צבעים בדופק לייזר לבין הקרינה שלאחר מכן ברזולוציה של תת-ננו-שניות. בנוסף לוקליזציה של הצבעים, זה מספק תובנות לגבי תכונה בסיסית נוספת של הקרינה שלהם: משך החיים שלהם הקרינה. זה מתאר כמה זמן, בממוצע, לוקח למולקולת צבע להאיר לאחר התרגשותה.

"משך החיים של הקרינה תלוי בצבע המשמש", מסבירה פיונה קול, מחברת הפרסום הראשונה. "ניצלנו הבדלים בתקופות החיים של הקרינה כאשר השתמשנו בצבעים שונים כדי להקצות את הפוטונים הפלואורסצנטיים לצבע שנפלט ללא צורך במצמוץ וההפרדה הזמנית הנובעת מכך." לצורך כך התאימו החוקרים את אלגוריתם הלוקליזציה וכללו מודל התאמה רב-מעריכי להשגת ההפרדה הנדרשת. "זה איפשר לנו לקבוע את המיקום של צבעים מרובים בו-זמנית ולחקור תהליכים דינמיים מהירים בין מולקולות מרובות בדיוק ננומטרי", מוסיף ג'ונאס זרינגר, גם הוא המחבר הראשון. החוקרים הדגימו את השיטה שלהם על ידי מעקב מדויק אחר שני גדילי DNA כשהם קופצים בין מיקומים שונים על ננו-מבנה של אוריגמי DNA, כמו גם על ידי הפרדת תנועות טרנסציונליות וסיבוביות של ננו-מבנה אוריגמי של DNA ועל ידי מדידת המרחק בין אתרי קשירת אנטיגן של נוגדנים. "אבל זו רק ההתחלה", אומר פיליפ טינפלד. "אני בטוח שריבוב pMINFLUX, עם הרזולוציה הטמפורלית והמרחבית הגבוהה שלו, יספק תובנות חדשות לגבי אינטראקציות חלבון ותופעות ביולוגיות אחרות בעתיד."



קישור לכתבת המקור – 2024-02-14 19:26:45

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר