Los investigadores del MIT han desarrollado una forma de hacer imágenes de muestras de tejido de muy alta resolución, a una fracción del costo de otras técnicas que ofrecen una resolución similar.
La nueva técnica se basa en expandir el tejido antes de obtener imágenes con un microscopio óptico convencional. Hace dos años, el equipo del MIT demostró que era posible expandir los volúmenes de tejido 100 veces, lo que resultó en una resolución de imagen de aproximadamente 60 nanómetros. Ahora,Los investigadores han demostrado que expandir el tejido por segunda vez antes de obtener imágenes puede aumentar la resolución a unos 25 nanómetros.
Este nivel de resolución permite a los científicos ver, por ejemplo, las proteínas que se agrupan en patrones complejos en las sinapsis cerebrales, ayudando a las neuronas a comunicarse entre sí. También podría ayudar a los investigadores a mapear los circuitos neuronales, dice Ed Boyden, un asociadoprofesor de ingeniería biológica y ciencias cerebrales y cognitivas en el MIT.
"Queremos ser capaces de rastrear el cableado de los circuitos cerebrales completos", dice Boyden, autor principal del estudio. "Si pudiera reconstruir un circuito cerebral completo, tal vez podría hacer un modelo computacional de cómo genera fenómenos complejos comodecisiones y emociones. Dado que puede mapear las biomoléculas que generan pulsos eléctricos dentro de las células y que intercambian sustancias químicas entre las células, podría potencialmente modelar la dinámica del cerebro ".
Este enfoque también podría usarse para obtener imágenes de otros fenómenos, como las interacciones entre las células cancerosas y las células inmunes, para detectar patógenos sin equipos costosos y para mapear los tipos de células del cuerpo.
El ex postdoc MIT Jae-Byum Chang es el primer autor del artículo, que aparece en la edición del 17 de abril de Métodos de la naturaleza .
doble expansión
Para expandir las muestras de tejido, los investigadores las incrustan en un gel denso y uniformemente hecho de poliacrilato, un material muy absorbente que también se usa en los pañales. Antes de que se forme el gel, los investigadores etiquetan las proteínas celulares que desean obtener, usandoanticuerpos que se unen a objetivos específicos. Estos anticuerpos llevan "códigos de barras" hechos de ADN, que a su vez están unidos a moléculas de reticulación que se unen a los polímeros que forman el gel expandible. Los investigadores luego descomponen las proteínas que normalmente contienen eltejido juntos, permitiendo que los códigos de barras de ADN se expandan lejos uno del otro a medida que el gel se hincha.
Estas muestras ampliadas se pueden etiquetar con sondas fluorescentes que unen los códigos de barras de ADN e imágenes con microscopios confocales disponibles en el mercado, cuya resolución generalmente se limita a cientos de nanómetros.
Usando ese enfoque, los investigadores lograron previamente una resolución de aproximadamente 60 nanómetros. Sin embargo, "las biomoléculas individuales son mucho más pequeñas que eso, digamos 5 nanómetros o incluso más pequeñas", dice Boyden. "Las versiones originales de microscopía de expansión fueronútil para muchas preguntas científicas, pero no podría igualar el rendimiento de los métodos de imágenes de mayor resolución, como la microscopía electrónica ".
En su estudio original de microscopía de expansión, los investigadores descubrieron que podían expandir el tejido más de 100 veces en volumen al reducir el número de moléculas de reticulación que mantienen el polímero en un patrón ordenado. Sin embargo, esto hizo que el tejido fuera inestable.
"Si reduce la densidad del reticulador, los polímeros ya no retienen su organización durante el proceso de expansión", dice Boyden, miembro del Media Lab del MIT y del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro. "Pierde la información".
En cambio, en su último estudio, los investigadores modificaron su técnica para que después de la primera expansión del tejido, puedan crear un nuevo gel que hinche el tejido por segunda vez, un enfoque que llaman "expansión iterativa".
mapeo de circuitos
Utilizando la expansión iterativa, los investigadores pudieron obtener imágenes de tejidos con una resolución de aproximadamente 25 nanómetros, que es similar a la lograda mediante técnicas de alta resolución como la microscopía de reconstrucción óptica estocástica STORM. Sin embargo, la microscopía de expansión es mucho más barata yEs más sencillo de realizar porque no se requieren equipos especializados ni productos químicos, dice Boyden. El método también es mucho más rápido y, por lo tanto, compatible con imágenes en 3D a gran escala.
La resolución de la microscopía de expansión aún no coincide con la de la microscopía electrónica de barrido aproximadamente 5 nanómetros o la microscopía electrónica de transmisión aproximadamente 1 nanómetro. Sin embargo, los microscopios electrónicos son muy caros y no están ampliamente disponibles, y con esos microscopios, esdifícil para los investigadores etiquetar proteínas específicas.
en el Métodos de la naturaleza artículo, el equipo del MIT utilizó la expansión iterativa para crear imágenes de sinapsis, las conexiones entre las neuronas que les permiten comunicarse entre sí. En su estudio original de microscopía de expansión, los investigadores pudieron obtener imágenes de proteínas de andamiaje, que ayudan a organizar los cientosde otras proteínas encontradas en las sinapsis. Con la nueva resolución mejorada, los investigadores también pudieron ver estructuras de escala más fina, como la ubicación de los receptores de neurotransmisores ubicados en las superficies de las células "postsinápticas" en el lado receptor de la sinapsis.
"Espero que podamos, en los próximos años, realmente comenzar a planificar la organización de estos andamios y proteínas de señalización en la sinapsis", dice Boyden.
La combinación de la microscopía de expansión con una nueva herramienta llamada multiplexación temporal debería ayudar a lograr eso, cree. Actualmente, solo se puede usar un número limitado de sondas de colores para obtener imágenes de diferentes moléculas en una muestra de tejido. Con la multiplexación temporal, los investigadores pueden etiquetar unamolécula con una sonda fluorescente, tome una imagen y luego lave la sonda. Esto puede repetirse muchas veces, cada vez usando los mismos colores para etiquetar diferentes moléculas.
"Al combinar la expansión iterativa con la multiplexación temporal, podríamos, en principio, obtener imágenes de resolución a nanoescala de colores esencialmente infinitos en grandes volúmenes tridimensionales", dice Boyden. "Las cosas se están volviendo realmente emocionantes ahora que estas diferentes tecnologías pueden conectarse prontojuntos."
Los investigadores también esperan lograr una tercera ronda de expansión, que creen que podría, en principio, permitir la resolución de aproximadamente 5 nanómetros. Sin embargo, en este momento la resolución está limitada por el tamaño de los anticuerpos utilizados para etiquetar las moléculas en la célulaEstos anticuerpos tienen una longitud de aproximadamente 10 a 20 nanómetros, por lo que para obtener una resolución por debajo de eso, los investigadores necesitarían crear etiquetas más pequeñas o expandir las proteínas una de la otra primero y luego administrar los anticuerpos después de la expansión.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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