Hier is goed nieuws voor onderzoekers die werken met fluorescentiemicroscopie met hoge resolutie: voor het eerst kunnen biocompatibele moleculaire linialen worden gebruikt om de nieuwste superresolutiemicroscopiemethoden te kalibreren. Recente ontwikkelingen op het gebied van superresolutiemicroscopie hebben het mogelijk gemaakt dat de optische resolutie enkele nanometers kan bereiken, vergelijkbaar met de grootte van cellulaire moleculen. Het valideren van deze resolutie op cellulaire componenten zoals multiproteïnecomplexen was echter een uitdaging vanwege het ontbreken van biomoleculaire referentiesystemen die in staat zijn tot nauwkeurige kleurstoflabeling op nanoschaalafstanden.
Een team van wetenschappers onder leiding van dr. Gerti Beliu en professor Markus Sauer van het Rudolf Virchow Centrum voor Integratieve en Translationele Bioimaging aan de Julius-Maximilians-Universiteit (JMU) in Beieren, Duitsland, heeft nu voor een keerpunt gezorgd. Ze publiceerden nieuwe biocompatibele moleculaire linialen, PicoRulers (optische linialen voor beeldkalibratie op basis van eiwitten) in het tijdschrift Advanced Materials.
Het onderzoeksteam heeft met succes deze aangepaste moleculaire linialen gebouwd met behulp van genetische code-uitbreiding en klikchemie. Ze kunnen worden gebruikt als nauwkeurige biomoleculaire referentiestructuren in fluorescentiemicroscopie.
PicoRulers zijn gebaseerd op het driedelige eiwit PCNA (prolifererend celnucleair antigeen), dat een centrale rol speelt bij DNA-replicatie en -reparatie. Het eiwit is gemodificeerd door onnatuurlijke aminozuren op nauwkeurig gepositioneerde posities te introduceren, waardoor fluorescerende kleurstoffen of andere moleculen er specifiek op kunnen klikken met minimale koppelingsfouten.
Hierdoor kunnen onderzoekers de resolutie van de nieuwste superresolutiemicroscopiemethoden met ongekende precisie testen op nauwkeurig gedefinieerde cellulaire biomoleculen.
Markus Sauer zei enthousiast: "Het vermogen om echte biologische structuren op te lossen op een niveau van minder dan 10 nanometer markeert een nieuw tijdperk in de bio-imagingtechnologie. Vergeleken met eerder gebruikte kunstmatige macromoleculen zijn onze PicoRulers niet alleen biocompatibel. Ze bereiken ook een ongeëvenaarde nauwkeurigheid van de testresolutie onder reële omstandigheden."
"De reikwijdte van de toepassingen van deze technologie reikt veel verder dan de grenzen van traditionele microscopie", legt Gerti Beliu uit. "Onze PicoRulers zijn niet alleen een hulpmiddel voor nauwkeurigere metingen, ze openen ook de deur naar een diepere en gedetailleerdere studie van de complexe processen die plaatsvinden in cellen."
Op de lange termijn zou de verdere ontwikkeling van PicoRulers de biologische en medische beeldvorming met moleculaire resolutie kunnen transformeren. PicoRuler maakt voor het eerst de validatie en verbetering van het resolutiepotentieel van nieuwe superresolutiemicroscopiemethoden op biologische monsters mogelijk. Dit maakt ze waardevolle hulpmiddelen voor toekomstige opheldering van de moleculaire organisatie en interacties van biomoleculen in cellen.