Miscelaneas

Buenos Aires 01 de Noviembre del 2021

Possibilities of Super Resolution Microscopy / Posibilidades de la microscopía de superresolución

 

The Possibilities of Super Resolution Microscopy

 

                             Paul Guichard (Professor at the Department of Cell Biology of the UNIGE Faculty of Science)
                             Virginie Hamel (Researcher at the Department of Cell Biology)
                             Davide Gambarotto (Researcher in the Geneva group).
                             Markus Sauer (Professor of the Biocenter of Julius-Maximilians-Universität Würzburg)

                                                                       Nature Methods – Dec. 2018                                                                                                                
                                                                       Resumido por: Carmen Leitch

 

Scientists have been making improvements to microscopy techniques since the tool was invented, a critical part of the process is preparing samples so they can be visualized with a microscope. Researchers at the University of Geneva have now created a method for seeing the structure of subcellular compartments called organelles; biological samples can be enlarged without altering them, and stuff that was once incredibly small can be seen in fine detail. The tool is powerful enough to allow researchers to see biochemical changes on protein complexes
Several years ago, a professor at the Massachusetts Institute of Technology (MIT), Edouard Boyden, had the idea to apply sodium acrylate to his research. Three years ago, Edouard Boyden developed a method to embed cell structures with a mixture of sodium acrylate and acrylamide. He then marked the targets to be observed with fluorescent molecules before swelling the whole biological sample with water. The targets was destroyed, but it was possible to visualize their fluorescent borders with a good resolution. This tool can now be applied to study the form of organelles, and how they function. The researchers used it to study organelles that act as a cellular power plant - mitochondria, and whether a part of the cell architecture, the centrosome, is part of them. It was possible to adapt this technique to observe organelles without having to destroy them, and enlarge them without deforming them.
 
After teaming up with colleagues at the University of Würzburg in Germany, the method was refined until they learned how to expand a sample while maintaining the structure, all without a chemical fixative that can change it. Cells gradually expand, and their components separate from each other while enlarging. The architecture of the various elements is preserved and it becomes possible to observe them with a resolution hitherto unattained in optical microscopy.
With this technique, called Ultrastructure Expansion Microscopy (U-ExM), protein complexes get anchored in a polymer. The polymer expands in a liquid, destroying protein interactions. The polymer then expands uniformly in all spatial directions by a factor of four. The antigens are retained and can subsequently be stained with dye-labeled antibodies. With U-ExM, we can really depict ultrastructural details, the method is reliable, and it delivers a picture that is four times higher resolved than with standard methods of microscopy.

U-ExM can reveal details previously visible only through electron microscopy.However, electron microscopy does not allow to locate the proteins that constitute the observed elements. Our method combines the advantage of fluorescence microscopy to detect molecules and high resolution to visualize the fine structure of organelles or of macromolecules.

It is now becoming possible to map large intracellular molecular complexes. This method could also be used to reveal signatures of pathological processes at the very heart of the cell.

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Los científicos llevan mejorando las técnicas de microscopía desde que se inventó esta herramienta, una parte fundamental del proceso es preparar las muestras para que puedan ser visualizadas con un microscopio. Los investigadores de la Universidad de Ginebra han creado ahora un método para ver la estructura de los compartimentos subcelulares llamados orgánulos; las muestras biológicas pueden ampliarse sin alterarlas, y cosas que antes eran increíblemente pequeñas pueden verse con gran detalle. La herramienta es lo suficientemente potente como para permitir a los investigadores ver los cambios bioquímicos en los complejos de proteínas

Hace varios años, un profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), Edouard Boyden, tuvo la idea de aplicar a sus investigaciones el acrilato de sodio, un componente habitual de los pañales para bebés. Hace tres años, Edouard Boyden desarrolló un método para incrustar estructuras celulares con una mezcla de acrilato de sodio y acrilamida. A continuación, marcó los objetivos a observar con moléculas fluorescentes antes de hinchar toda la muestra biológica con agua. Los objetivos se destruyeron, pero fue posible visualizar sus bordes fluorescentes con una buena resolución. Esta herramienta puede aplicarse ahora para estudiar la forma de los orgánulos y su funcionamiento. Los investigadores la utilizaron para estudiar los orgánulos que actúan como central eléctrica celular, las mitocondrias, y si una parte de la arquitectura celular, el centrosoma, forma parte de ellas. Fue posible adaptar esta técnica para observar los orgánulos sin tener que destruirlos, y ampliarlos sin deformarlos.

Tras asociarse con colegas de la Universidad de Würzburg (Alemania), el método se perfeccionó hasta que aprendieron a ampliar una muestra manteniendo su estructura, todo ello sin un fijador químico que pueda modificarla. Las células se expanden gradualmente y sus componentes se separan unos de otros mientras se amplían. La arquitectura de los distintos elementos se conserva y es posible observarlos con una resolución hasta ahora inalcanzada en microscopía óptica.
Con esta técnica, denominada Microscopía de Expansión de la Ultraestructura (U-ExM), los complejos proteicos se anclan en un polímero. El polímero se expande en un líquido, destruyendo las interacciones de las proteínas. A continuación, el polímero se expande uniformemente en todas las direcciones espaciales por un factor de cuatro. Los antígenos quedan retenidos y pueden teñirse posteriormente con anticuerpos marcados con colorantes. Con la U-ExM podemos representar realmente los detalles ultraestructurales, el método es fiable y proporciona una imagen con una resolución cuatro veces mayor que con los métodos estándar de microscopía.

La U-ExM puede revelar detalles que antes sólo eran visibles mediante microscopía electrónica, pero ésta no permite localizar las proteínas que constituyen los elementos observados. Nuestro método combina la ventaja de la microscopía de fluorescencia para detectar moléculas y la alta resolución para visualizar la estructura fina de los orgánulos o de las macromoléculas.

Ahora es posible cartografiar grandes complejos moleculares intracelulares. Este método también podría utilizarse para revelar firmas de procesos patológicos en el corazón mismo de la célula.