Novos métodos de microscopia de expansão ampliam o impacto da pesquisa

Visões sem precedentes do interior das células e outras estruturas em nanoescala agora são possíveis graças às inovações na microscopia de expansão. Os avanços podem ajudar a fornecer informações futuras sobre neurociência, patologia e muitos outros campos biológicos e médicos.

No papel"Magnify é uma estratégia de ancoragem molecular universal para microscopia de expansão", publicado na revista Nature Biotechnology, colaboradores da Carnegie Mellon University, da University of Pittsburgh e da Brown University descrevem novos protocolos para o apelidado de Magnify.

"O Magnify pode ser uma ferramenta poderosa e acessível para a comunidade de biotecnologia", disse Yongxin (Leon) Zhao, professor associado de Ciências Biológicas de Desenvolvimento de Carreira da Família Eberly.

O Laboratório de Biofotônica de Zhao é líder no campo de habilitação de imagens de super-resolução de amostras biológicas por meio de amostras fisicamente expandidas em um processo conhecido como microscopia de expansão. Através do processo, as amostras são incorporadas em um hidrogel expansível que se expande de forma homogênea para aumentar a distância entre as moléculas, permitindo que sejam observadas em maior resolução. Isso permite que estruturas biológicas em nanoescala que anteriormente só podiam ser visualizadas usando técnicas caras de imagem de alta resolução sejam vistas com ferramentas de microscopia padrão.

Magnify é uma variante da microscopia de expansão que permite aos pesquisadores usar uma nova fórmula de hidrogel, inventada pela equipe de Zhao, que retém um espectro de biomoléculas, oferece uma aplicação mais ampla a uma variedade de tecidos e aumenta a taxa de expansão em até 11 vezes linearmente ou ~1.300 dobras do volume original.

"Superamos alguns dos desafios de longa data da microscopia de expansão", disse Zhao. "Um dos principais pontos de venda do Magnify é a estratégia universal de manter as biomoléculas do tecido, incluindo proteínas, ácidos nucléicos e carboidratos, dentro da amostra expandida".

Zhao disse que manter intactos os diferentes componentes biológicos é importante porque os protocolos anteriores exigiam a eliminação de várias biomoléculas que mantinham os tecidos unidos. Mas essas moléculas podem conter informações valiosas para os pesquisadores.

"No passado, para tornar as células realmente expansíveis, era preciso usar enzimas para digerir proteínas, então, no final, você tinha um gel vazio com rótulos que indicavam a localização da proteína de interesse", disse ele. Com o novo método, as moléculas são mantidas intactas e vários tipos de biomoléculas podem ser marcados em uma única amostra.

"Antes, era como ter perguntas de escolha única. Se você quiser rotular proteínas, essa seria a versão um do protocolo. Se você quiser rotular núcleos, seria uma versão diferente", disse Zhao. "Se você queria fazer imagens simultâneas, era difícil. Agora, com o Magnify, você pode escolher vários itens para rotular, como proteínas, lipídios e carboidratos, e imaginá-los juntos."

Os pesquisadores de laboratório Aleksandra Klimas, pesquisador de pós-doutorado e Brendan Gallagher, estudante de doutorado, foram os primeiros co-autores do artigo.

"Esta é uma maneira acessível de obter imagens de espécimes em alta resolução", disse Klimas. "Tradicionalmente, você precisa de equipamentos caros, reagentes e treinamento específicos. No entanto, esse método é amplamente aplicável a muitos tipos de preparações de amostras e pode ser visualizado com microscópios padrão que você usaria em um laboratório de biologia."

Gallagher, que tem formação em neurociência, disse que seu objetivo era tornar os protocolos o mais compatíveis possível para os pesquisadores que poderiam se beneficiar da adoção do Magnify como parte de seus kits de ferramentas.

"Um dos conceitos-chave que tentamos manter em mente foi encontrar os pesquisadores onde eles estão e fazer com que mudassem o mínimo possível de coisas em seus protocolos", disse Gallagher. "Ele funciona com diferentes tipos de tecidos, métodos de fixação e até tecidos que foram preservados e armazenados. É muito flexível, pois você não precisa necessariamente redesenhar completamente os experimentos com o Magnify em mente; ele funcionará com o que você já ."