Les chercheurs biomédicaux comprennent de plus en plus en détail les fonctions des molécules au sein des cellules du corps en augmentant la résolution de leurs microscopes. Cependant, ce qui est à la traîne, c'est leur capacité à visualiser simultanément les nombreuses molécules différentes qui interviennent dans des processus moléculaires complexes en un seul instantané.

Maintenant, une équipe du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard, le LMU Munich, et l'Institut Max Planck de biochimie en Allemagne, a conçu des métafluorophores très polyvalents en intégrant de petites sondes fluorescentes couramment utilisées dans des structures d'ADN à repliement automatique où leurs couleurs et leur luminosité peuvent être programmées numériquement. Cette approche nanotechnologique offre une palette de 124 couleurs virtuelles pour l'imagerie microscopique ou d'autres méthodes d'analyse qui pourront être adaptées dans le futur pour visualiser plusieurs acteurs moléculaires en même temps en ultra haute définition. La méthode est rapportée dans Avancées scientifiques .

Avec leur nouvelle méthode, les chercheurs abordent le problème selon lequel, jusqu'à présent, seul un nombre limité d'espèces moléculaires peut être visualisé simultanément par microscopie à fluorescence dans un échantillon biologique ou clinique. En introduisant des nanostructures d'ADN fluorescentes appelées métafluorophores - des colorants fluorescents polyvalents dont les couleurs sont déterminées par la façon dont leurs composants individuels sont disposés dans des structures tridimensionnelles - ils surmontent ce goulot d'étranglement.

"Nous utilisons des nanostructures d'ADN comme plaques perforées moléculaires :en fonctionnalisant des brins de composants spécifiques à des positions définies de la nanostructure d'ADN avec l'un des trois colorants fluorescents différents, nous obtenons un large spectre allant jusqu'à 124 signaux fluorescents avec des compositions de couleurs et des intensités uniques, " dit Yin, qui est membre du corps professoral du Wyss Institute et professeur de biologie des systèmes à la Harvard Medical School. "Notre étude fournit un cadre qui permet aux chercheurs de construire une grande collection de métafluorophores avec des propriétés optiques programmables numériquement qu'ils peuvent utiliser pour visualiser plusieurs cibles dans les échantillons qui les intéressent."

L'approche basée sur la nanostructure de l'ADN peut être utilisée comme un système de codage à barres pour profiler visuellement la présence de nombreuses séquences d'ADN ou d'ARN spécifiques dans des échantillons dans ce qu'on appelle le multiplexage.

Pour permettre la visualisation de structures moléculaires multiples dans des échantillons de tissus dont l'épaisseur peut limiter le mouvement de nanostructures d'ADN plus grandes et rendre difficile pour elles de trouver leurs cibles, et de réduire la possibilité qu'ils se fixent sur des cibles non spécifiques produisant de faux signaux de fluorescence, l'équipe a pris des mesures d'ingénierie supplémentaires.

"Nous avons développé une version déclenchée de notre métafluorophore qui s'auto-assemble dynamiquement à partir de petits brins de composants qui ne prennent leur forme prescrite que lorsqu'ils se lient à leur cible, " a déclaré Ralf Jungmann, Doctorat., qui est professeur à la LMU Munich et à l'Institut Max Planck de biochimie et a co-dirigé l'étude avec Yin. "Ces métafluorophores assemblés in-situ peuvent non seulement être introduits dans des échantillons complexes avec des possibilités combinatoires similaires à celles préfabriquées pour visualiser l'ADN, mais ils pourraient également être exploités pour marquer les anticorps en tant que réactifs de détection largement utilisés pour les protéines et autres biomolécules. »

« Ce nouveau type de programmable, La nanotechnologie de l'ADN améliorant la microscopie révèle comment le travail de l'Initiative de robotique moléculaire du Wyss Institute peut inventer de nouvelles façons de résoudre des problèmes de longue date en biologie et en médecine. Ces métafluorophores qui peuvent être programmés pour s'auto-assembler lorsqu'ils se lient à leur cible, et qui ont défini des lectures de codes à barres fluorescentes, représentent une nouvelle forme de dispositifs nanométriques qui pourraient aider à révéler des complexes, multi-composants, interactions biologiques dont nous savons qu'elles existent mais que nous n'avons aucun moyen d'étudier aujourd'hui, " a déclaré le directeur fondateur de Wyss, Donald Ingber, MARYLAND., Doctorat., qui est également le professeur Judah Folkman de biologie vasculaire à la Harvard Medical School et le programme de biologie vasculaire du Boston Children's Hospital, et professeur de bio-ingénierie à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.