Une équipe du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l'Université Harvard a reçu une subvention spéciale de 3,5 millions de dollars des National Institutes of Health (NIH) pour développer une nouvelle méthode de microscopie peu coûteuse et facile à utiliser pour repérer simultanément de nombreux composants minuscules de cellules.

La subvention, appelé Prix de la recherche transformatrice, fait partie d'une initiative du NIH pour financer les risques élevés, recherche à haut rendement, et en 2013, l'agence n'a financé que 10 de ces projets à l'échelle nationale.

La méthode de microscopie basée sur l'ADN pourrait potentiellement conduire à de nouvelles façons de diagnostiquer la maladie en distinguant les cellules saines et malades sur la base de détails moléculaires sophistiqués. Cela pourrait également aider les scientifiques à découvrir comment les composants de la cellule effectuent leur travail à l'intérieur de la cellule.

« Si vous voulez étudier la physiologie et la maladie, vous voulez voir comment fonctionnent les molécules, et il est important de les voir dans leur environnement d'origine, " dit Peng Yin, Doctorat., membre principal du corps professoral du Wyss Institute et professeur adjoint de biologie des systèmes à la Harvard Medical School. Yin dirigera le projet, et il collaborera avec Samie Jaffrey, MARYLAND., Doctorat., professeur de pharmacologie au Weill Cornell Medical College, et Ralf Jungmann, Doctorat., un chercheur postdoctoral au laboratoire du Yin's Wyss Institute, entre autres.

Les biologistes ont utilisé des microscopes pour révéler comment de minuscules structures à l'intérieur des cellules les soutiennent et les aident à se déplacer, reproduire, activer les gènes, et beaucoup plus. Mais bien que les fabricants de microscopes aient perfectionné la technologie pendant des siècles pour obtenir des images toujours plus claires, ils ont été limités par les lois de la physique. Lorsque deux objets sont à moins de 0,2 micromètre environ, ou environ un cinq centième de la largeur d'un cheveu humain, les scientifiques ne peuvent plus les distinguer à l'aide des microscopes optiques traditionnels. Par conséquent, le spectateur voit une goutte floue là où en réalité il y a deux objets. Cela se produit en raison de la façon dont les rayons lumineux se courbent autour des objets, et est connu comme la limite de diffraction.

Des molécules telles que des enzymes, récepteurs, L'ARN et l'ADN qui font la plupart du travail de la cellule sont généralement bien plus petits que 0,2 micromètre, et de les visualiser, les microscopistes ont lutté pour surmonter la limite de diffraction. Ils ont développé plusieurs méthodes astucieuses pour y parvenir, mais certains d'entre eux nécessitent des microscopes spéciaux qui ont tendance à être très coûteux, et d'autres nécessitent des procédures lourdes. Quoi de plus, les méthodes d'aujourd'hui ne peuvent révéler qu'une poignée d'espèces de molécules distinctes à la fois, et les images restent plus floues que ne le souhaiteraient de nombreux scientifiques.

L'équipe dirigée par le Wyss Institute prévoit de surmonter ces défis en combinant des méthodes d'imagerie à molécule unique avec des outils moléculaires issus de la nanotechnologie de l'ADN. En utilisant une méthode d'imagerie appelée DNA-PAINT, ils ont créé des « brins imageurs » en marquant de petits morceaux d'ADN avec un colorant fluorescent. Chacun de ces brins imageurs se lie de manière transitoire à un brin d'ADN correspondant qui est attaché à une molécule cible, ce qui fait que la cible semble clignoter. Un tel clignotement, quand c'est bien fait, permet aux scientifiques de dépasser la limite de diffraction et d'obtenir des images des cibles plus nettes que possible.

« La force de l'utilisation de l'ADN réside dans son incroyable programmabilité, " a déclaré Yin. "Nous prévoyons d'utiliser cette capacité pour faire clignoter les molécules dans les cellules de manière programmable et autonome. Cela nous permettra de voir des choses qui étaient auparavant invisibles."

L'équipe de Yin est spécialisée dans l'utilisation de l'ADN pour fabriquer des nanostructures synthétiques programmables. Il y a deux semaines, la National Science Foundation a décerné à l'équipe et à leurs collègues un prestigieux prix Expedition in Computing pour concevoir des systèmes d'ADN synthétique avec un comportement et des fonctions moléculaires programmables. Le NIH Transformative Research Award leur permettra d'utiliser l'ADN pour programmer la lumière clignotante afin de produire des images moléculaires et cellulaires ultra-nettes pour la recherche biomédicale.

"Jusqu'à ce que nous puissions visualiser clairement et simultanément de nombreux composants moléculaires des cellules, nous ne pouvons que faire des suppositions éclairées sur la façon dont ils s'associent pour mener à bien leurs fonctions biologiques complexes, " a déclaré le directeur fondateur du Wyss Institute, Don Ingber, MARYLAND., doctorat "Je suis convaincu que la nouvelle approche peu coûteuse de Peng en matière de microscopie à super-résolution transformera le paysage de la recherche biomédicale, et conduire à de nouveaux diagnostics qui détectent la maladie plus tôt et avec une plus grande précision."