Network fixation expansion microscopy
Questo articolo introduce la microscopia a espansione con fissazione di rete (nfExM), un nuovo protocollo che risolve la tensione tra la preservazione dell'organizzazione proteica e il raggiungimento di un'espansione isotropa ancorando direttamente le proteine a una rete di idrogel tramite un processo chimico rapido a bassa temperatura, consentendo così una conservazione superiore degli epitopi e della struttura su scala nanometrica.
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Per vedere la minuscola meccanica della vita, gli scienziati devono spesso ingrandire le cose. Un microscopio standard può rivelare le cellule, ma le proteine che le costruiscono sono spesso troppo piccole per essere viste chiaramente, nascoste in una sfocatura di luce. La microscopia a espansione offre un ingegnoso aggiro: invece di costruire una lente più potente, i ricercatori dilatano fisicamente il campione stesso. Incorporano un campione in un gel speciale, poi aggiungono acqua per far gonfiare quel gel. Mentre il gel si espande, separa le proteine, distanziandole abbastanza da poter essere risolte da microscopi ordinari. Questa tecnica ha rivoluzionato il modo in cui i biologi osservano il mondo nanoscopico. Tuttavia, il processo ha sempre affrontato una difficile contraddizione. Per dilatare il campione senza lacerarlo, le proteine devono essere bloccate saldamente in posizione all'inizio. Eppure, per dilatarle efficacemente, quelle stesse proteine devono essere abbastanza libere da potersi separare in seguito. I metodi tradizionali faticano a bilanciare questo aspetto, portando spesso a campioni che si crepano o perdono la loro delicata struttura durante l'espansione.
Un team di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology ha sviluppato un nuovo approccio per risolvere questo problema, chiamato microscopia a espansione con fissazione di rete. Invece di cercare di bloccare prima le proteine l'una all'altra e poi sperare che possano separarsi in seguito, questo nuovo metodo attacca le proteine direttamente al gel di espansione stesso. I ricercatori ci sono riusciti trattando le cellule vive con una sostanza chimica chiamata acroleina, mantenendo il campione a una temperatura di congelamento di meno venti gradi Celsius. Questo ambiente freddo impedisce alla cellula di degradarsi, mentre la sostanza chimica equipaggia rapidamente le proteine con minuscole maniglie. Immediatamente dopo, viene aggiunta una miscela liquida di componenti costruttivi del gel, che rimane liquida anche a questa temperatura di congelamento. Quando una specifica tipologia di luce ultravioletta viene proiettata sul campione, questi componenti si legano istantaneamente, formando un gel solido che tiene già in posizione le proteine. L'intero processo, dalla cellula viva al gel solido pronto per l'espansione, richiede solo circa quindici minuti.
I risultati dimostrano che questo rapido metodo a freddo preserva l'architettura interna delle cellule molto meglio delle tecniche precedenti. Quando i ricercatori hanno testato il metodo sui microtubuli, che sono strutture lunghe e simili a filamenti che fungono da scheletro della cellula, hanno scoperto che i filamenti rimanevano continui e integri. Al contrario, i metodi più vecchi causavano spesso la rottura di questi filamenti o crepe nel gel, lasciando lacune dove la struttura avrebbe dovuto esserci. La nuova tecnica ha funzionato bene anche per altre strutture complesse, come i mitocondri e l'apparato di Golgi, mantenendo i loro confini lisci e i loro segnali brillanti. Fissando le proteine direttamente alla rete in espansione piuttosto che l'una all'altra, i ricercatori hanno trovato un modo per tenere il campione insieme saldamente, pur permettendo una dilatazione uniforme. Ciò suggerisce che gli scienziati possono ora studiare le intricate interazioni dei complessi proteici con un livello di chiarezza che prima era difficile da ottenere senza danneggiare il campione. Il metodo offre una strada promettente per comprendere l'organizzazione dettagliata della vita alle scale più piccole.
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